DE2830482A1

DE2830482A1 - Elektronischer tongenerator

Info

Publication number: DE2830482A1
Application number: DE19782830482
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Goto; Masayuki Ikeda; Hidetoshi Komatsu; Takahiro Naka
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1979-01-25
Also published as: US4328731A; SG784G; FR2397698A1; JPS5420712A; CH629934GA3; GB2004402B; HK52384A; GB2004402A; MY8500387A; FR2397698B1; DE2830482C2; CH629934B

Description

ELEKTRONISCHER TONGENERATOR

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Tongenerator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektronischen Tongenerator einfachen Aufbaus verfügbar zu machen, der eine Melodie mit einer Begleitung bildet und Töne hoher musikalischer Wirkung erzeugt.

In Fig. 1 ist ein elektronischer Tongenerator gezeigt, bei dem ein programmierbarer Zähler in einer Speicherschaltung gespeicherte Daten bezüglich Tonhöhe und Tonlänge regeneriert, wodurch Melodien erzeugt werden. Daten einer Speicherschaltung 1 _t welche die Tonhöhe und die Tonlänge speichert, werden der Reihe nach entsprechend einer Adresse, die durch einen Adressenzähler 2 bestimmt ist, ausgelesen. Ein programmierbarer Zähler 4 teilt die Folgefrequenz von von einem Oszillator 3 erzeugten Impulsen herab, und zwar entsprechend dem in der Speicherschaltung

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gespeicherten Tonhöhenwert. Durch Ändern des Teilungsverhältnisses wird der gewünschte Ton erzeugt. Ein vom programmierbaren Zähler erzeugtes Signal wird von einer Verstärkerschaltung 5 verstärkt. Dcinn wird das Signal von einem elektro-akkustischen Wandler 6, wie einem Lautsprecher, als ein Ton regeneriert. Eine Möglichkeit, Töne zu verbessern oder angenehmer zu machen, besteht darin, daß die Verstärkerschaltung die Wellenform unter Verwendung einer geeigneten Einrichtung,wie eines Filters, ändert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Verstärkerschaltung zu verwenden, deren Verstärkungsverhältnis mit den aus der Speicherschaltung ausgelesenen Daten synchronisiert werden kann und deren Verstärkungsverhältnis sich ändert, um eine gewünschte Umhüllende zu erzeugen. Was den Rhytmus betrifft, werden aus der Speicherschaltung 1 gleichzeitig mit den Tonhöhendaten Tonlängendaten ausgelesen und wird das Teilungsverhältnis eines programmierbaren Zählers 8 geändert. Der Zähler 8 teilt die Folgefrequenz der Impulse von einem Oszillator 7 herab, der einen Impuls für eine kürzeste Zeitlänge erzeugt, um die Zeitlänge zu bestimmen, und dann wird ein Rhytmus erzeugt. Es ist vorteilhaft, den Oszillator 7 als Generator auszubilden, der die Impulse vom Oszillator 3 bezüglich ihrer Frequenz herabteilt. Die von einem solchen elektronischen Tongenerator erhaltenen Töne sind monoton, und ein

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solcher elektronischer Tongenerator ist bezüglich der musikalischen Wirkung schlechter als eine Spieldose oder dergleichen. Viele Vorteile, die von der Verwendung elektronischer Schaltungen herrühren, nämlich daß ein elektronischer Tongenerator verschiedene Melodien erzeugen kann, daß keine Notwendigkeit für das Aufziehen einer Feder besteht, daß die Tonqualität, die Geschwindigkeit einer Abstimmung, der Beginn und das Ende einer Darbietung usw. leicht gesteuert werden können, werden nicht genügend ausgenutzt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich gemacht worden, einen elektronischen Tongenerator guter Musik- und Klangwirkung verfügbar zu machen, der die Vorteile eines elektronischen Tongenerators ausnutzt und durch Verbesserung der Tonqualität und durch die Erzeugung schöner Melodien auch praktisch einsetzbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 einen elektronischen Tongenerator zur

Erzeugung lediglich einer Hauptmelodie;

Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Tongenerators;

Fig. 3 Wellen mit weniger Obertonkomponenten als eine Rechteckwelle;

Fig. 4 (a), Ausführungsformen der in Fig. 2 gezeigten (b)und (C)

Schaltungen 28 und 28'; und

Fig. 4 (d) eine Wellenform.

Die nachstehend aufgeführten Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:

1: Speicherschaltung

2: Adressenzähler

3: Tonhöhenoszillator

4: programmierbarer Zähler für die Tonhöhenerzeugung 5: Verstärkerschaltung

6: elektro-ak^ustischer Wandler 7: Tonlängenoszillator

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8: programmierbarer Zähler zur Tonlängenfestlegung 21: Tonhöhenoszillator
22: Tonlängenoszillator

23: Speicherschaltung zum Speichern von Tonhöhen und Tonlängen von Hauptmelodien

23': Speicherschaltung zum Speichern von Tonhöhen und TorJ.ängen von Begleitungen

24: Adressenzähler zur Festlegung von Adressen der Speicherschaltung für die Hauptmelodie

24': Adressenzähler zur Festlegung von Adressen der Speicherschaltung für die Begleitung

25: programmierbarer Zähler für die Erzeugung einer Tonhöhe für die Hauptmelodie

25': programmierbarer Zähler für die Erzeugungeiner Tonhöhe für die Begleitung

27: programmierbarer Zähler zur Festlegung einer Tonlänge für die Hauptmelodie

27': programmierbarer Zähler zur Festlegung einer Tonlänge für die Begleitung

28s Schaltung zur Wellenformung für die Hauptmelodie 28's Schaltung zur Wellenformung für die Begleitung

29: Schaltung zur Erzeugung von Umhüllenden für die Hauptmelodie

29': Schaltung zur Erzeugung von Umhüllenden für die Begleitung

30: summierende Verstärkerschaltung 31: elektro-ak^ustischer Wandler 32: Digitai/Analog-Wandler

33: Speicherschaltung

34: Adressenzähler

35: Flipflop

36: Tiefpassfilter

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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt Fig. 2. Diese Schaltung umfaßt: eine Schaltung 22 zur Erzeugung von Impulsen mit einer Dauer entsprechend der kürzesten Tonlänge, wobei vorzugsweise diese Schaltung die Folgefrequenz von Impulsen herabteilt, die von einer Oszillatorschaltung 21 zur Erzeugung einer Tonhöhe erzeugt worden sind; eine erste und eine zweite Speicherschaltung 23 und 23·, die Tonhöhen- und Tonlängendaten speichern; einen ersten und einen zweiten Zähler 24 und 24', die Adressen der Speicherschaltungen festlegen; erste und zweite programmierbare Zähler 25 und 25', welche die Folgefrequenz von von der Oszillatorschaltung 21 erzeugten Impulsen herabteilen, um Melodien zu erzeugen, die durch Ändern der Teilungsverhältnisse in Abhängigkeit von den Tonhöhendaten aus der ersten und der zweiten Speicherschaltung zustande kommen; einen dritten und einen vierten programmierbaren Zähler 27 und 27', welche die Folgefrequenz der Impulse vom Impulsgenerator herabteilen, um Tonlängen festzulegen, indem die Teilungsverhältnisse entsprechend den Zeitlängendaten von den Speicherschciltungen 23 und 23' geändert werden; eine erste und eine zweite Schaltung 28 und 28', die in Abhängigkeit von.den Jimpulsen, die vom ersten und vom zweiten programmierbaren Tonhöhen-Zähler 25 und 25' heräbgeteilt worden sind, eine Wellenformung vornehmen; dritte und vierte Schaltungen 29 und 29' zur Erzeugung von Umhüllenden; eine fünfte Schaltung 30, welche die Signale summiert und ver-

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stärkt, die von der dritten und der vierten Schaltung 29 und 29' erzeugt worden sind, indem die Signale richtig gewichtet werden; einen elektro-ak_wustischen Wandler 31, der des Signal der summierenden Verstärkerschaltung 30 in einen "on umsetzt; und einen Eingangsanschluß 32, über den dem ersten ur.d dem zweiten Adressenzähler 24 und 24' Synchron:sationssignale zugeführt werden.

Wenn die Ausgangssignale der Adressenzähler 24 und 24· nicht geändert werden, erzeugen die programmierbaren Zähler 25 und 25' nacheinander Töne der gleichen Tonhöhe, da die Teilungsverhältnisse der programmierbaren Zähler 25 und 25' η ich+: geändert werden. Wenn die Zählstände der Adressenzähler 24 und 24' um einen Zählwert erhöht werden, werden Töne mit der Tonhöhe der nächsten Noten erzeugt, da die Teilungsverhältnisse der nächsten Adressen in den Speicherschaltungen 23 und 23' den programmierbaren Zählern 25 und 25' als deren Teilungsverhältnisse zugeführt werden. Es reicht also aus, die Schnelligkeiten, mit denen sich die Zählstände der Adressenzähler 24 und 24' erhöhen, gemäß den Tonlängen zu ändern. Konkret ausgedrückt: wenn in einer gewünschten Melodie eine Achtelnote, die kürzeste Tonlänge ist, wird der Oscillator bzw. Impulsgenerator 22 so eingerichtet, daß er einen Impuls mit der Länge einer Achtelnote erzeugt. In den Speicherschaltungen 23 und 23' speichert man die Daten der Melodien zusammen mit derartigen Teilungs-

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Verhältnissen, daß die Anzahl der Impulse im Fall einer Viertelnote durch zwei und im Fall einer halben Note durch vier geteilt wird. Sie werden ausgelesen und einer nach dem anderen als Eingangssignale auf die Adressenzähler 24 und 24' gegeben, und dann werden die Geschwindigkeiten, mit denen die Adressenzähler ihre ZählstL'nde erhöhen, gemäß den Tonlängen geändert. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird der Oszillator gemeinschaftlich verwendet, und es sind wenigstens zwei Systeme vorhanden, die je SpeicherschaltuTigen aufweisen. Eine Speicherschaltung enthält die Daten von Hauptmelodien und die andere Speicherschaltung enthält die Daten von Begleitungen, Dadurch erzeugen die einzelnen Speicherschaltungen ihre Melodien unabhängig voneinander. Letztlich werden diese beiden Signale summiert und verstärkt und dann in Töne umgewandelt. Da eine Hauptmelodie und eine Begleitung miteinander synchronisiert werden müssen, ist eine Vorrichtung zu deren Synchronisation erforderlich. Diese ist folgendermaßen: der Datenwert für die Erzeugung keines Tons (d. h., der Oatenwert für Schweigen) wird unter der Adresse "O" in die Speicherschaltung gegeben. Er setzt die Adressenzähler 24 und 24' zur selben "Zeit zurück., und die Adresse "0" wird als Steuereinrichtung verwendet, um die Systeme auf Wartestellung zu bringen, da keinerlei Ton erzeugt wird, während die Adressenzähler zurückgesetzt sind.

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Obgleich die Schaltungen 29 und 29· zur Erzeugung von Einhüllenden nicht immer erforderlich sind, sind sie nützlich bei der Klangverbesserung. Diese Klangverbesserung kann in der Nachbildung der Töne eines Musikinstrumentes bestehen. Zu diesem Zweck werden die Töne mit Umhüllenden gleich denen der InStrumententöne erzeugt. Eine Möglichkeit besteht darin, daß Einhüllende von einem Verstärker geliefert werden, dessen Verstärkungsverhältnis aufgrund äußerer Signale veränderlich ist.

Die Wellenformungsschaltungen 28 und 28' sind wichtig für eine höhere musikalische Wirkung. Wean Rechteckwellen verwendet werden, werden die Wellenformungsschaltungen überflüssig, und es kann ein Tongenerator einfachster Struktur aufgebaut werden. Wenn jedoch eine Welle mit weniger Obertonkomponenten, als sie eine Rechteckwelle aufweist, wenigstens entweder für eine Hauptmelodie oder für eine Begleitung verwendet wird, kommt es zur groß ten Wirkung und dadurch kann die musikalische Wirkung verbessert werden. Speziell deswegen, weil die Rechteckwelle einen etwas härteren Ton als eine Welle mit weniger Obertonkomponenten erzeugt, ist es wirkungsvoll, die Rechteckwelle für eine Hauptmelodie und die Welle mit weniger Obertonkomponenten für eine Begleitung zu benutzen. Vorzugsweise wird als eine Welle mit weniger Obertonkomponenten eine Welle (a)in Fig. 3 verwendet, die durch den Durchgang einer Rechteck-

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welle durch ein Tiefpassfilter gebildet wird, eine Dreieckswelle (b) oder eine Sinuswelle (c).

Die Wellenformungsschaltungen 28 und 28' können gemäß Fig. 4 aufgebaut sein.

Die Fig. 4 (a) und (b) zeigen Aufbauten von Wellenformungsschaltungen, bei denen eine Rechteckwelle für eine Hauptmelodie verwendet wird und für eine Begleitung eine Welle, die durch Hindurchschicken einer Rechteckwelle durch ein Tiefpassfilter geformt wird. Da eine vom programmierbaren Zähler erzeugte Ausgangswelle für einen wohlklingenden Ton nicht geeignet ist, teilt in Fig. 4 (a) ein Flipflop 35 die Rechteckwelle vom programmierbaren Zähler auf die Hälfte und bildet eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 1 : 1 (50 %-ige Einschaltdauer) . Die Rechteckwelle mit 50 %-iger Einschaltzeit wird dann für eine Hauptmelodie benutzt. Fig. 4 (b) zeigt eine Wellenformungsschaltung für eine Begleitung. Diese umfaßt ein Flipflop und ein Tiefpassfilter 36 und formt eine Welle für eine Begleitung.

Eine Sinuswelle oder eine Dreieckswelle i-.'ird folgendermaßen geformt. Wie die Fig. 4 (c) und (d) zeigen, wird eine Periode einer Welle in geeignete Intervalle unterteilt.

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Die Daten einer Speicherschaltung 33, die den Spitzenwert digitalisiert und speichert, werden ausgelesen, und dann werden die Daten mit einem Digital/Analog-Wandler 32 umgewandelt. Die Geschwindigkeit, mit welcher eine Adresse in der Speicherschaltung bestimmt wird, wird geändert durch Ändern der Geschwindigkeit, mit der ein Adressenzähler 34 vorrückt, wobei von den programmierbaren Zählern 25 und 25' erzeugte Impulse verwendet werden und dadurch ist es möglich, die Frequenz zu ändern. Diese Schaltung vermag auch jegliche Wellenform zu bilden. Folglich ist es möglich, unter Verwendung dieser Schaltungen Klänge unterschiedlicher Instrumente für eine Hauptmelodie oder eine Begleitung zu erzeugen.

Obgleich die Erläuterung anhand eines Aufbaus gegeben worden ist, der ein System für eine Hauptmelodie und ein anderes System für die Begleitung aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Ein Tongenerator mit viel mehr Systemen kann elektronische Töne mit hoher musikalischer Wirkung erzeugen.

Wenn entsprechend dem zuvor erwähnten Aufbau eine Begleitung hinzugefügt wird, werden die höchste Klangwirkung und musikalische Wirkung geschaffen und wird ein elektroninischer Ton mit Klangfülle erzeugt. Alle in Fig. 2 gezeig-

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ten Schaltungen mit Ausnahme des elektro-ak^ustischen Wandlers werden in einer integrierten Schaltung, wie einer integrierten C-MOS-Schaltung gebildet. Wenn diese integrierte Schaltung gemäß der Erfindung und irgend eine andere Schaltung, beispielsweise mit Uhrenfunktion_; auf einem Halbleiterchip kombiniert werden, kann die vorliegende Erfindung bei einer Uhr angewendet werden, die einen elektronischen Tongenerator umfaßt, oder bei anderen elektronischen Geräten, ohne daß sich die Anzahl der Herstellungsschritte erhöht. Wenn die erfindungsgemäße Schaltung mit einer Schaltung kombiniert wird, die eine andere Funktion als die einer Uhr besitzt, ist es auch möglich, die Oszillatoren 21 und 22 gemeinschaftlich zu benutzen.

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Claims

BLUMBACH- WESER · BERGEN · KRAMER ZWiRNER-HiRSCH-BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult Radeckeslraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme PateiUconsul! Pälentconsult Sonnenberger StraiJe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Tefex 01-186237 Telegramme Patentconsult KABUSHIKI KAISHA SUWA SEIKOSHA 78/8744 4-3-4, Ginza, Chuo-ku, Tokyo, Japan PATENTANSPRÜCHE

1. Elektronischer Tongenerator mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitstandardsignals, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Speicherschaltungen, die wenigstens musikalische Tonhöhen '-. und Zeitlängen speichern, eine Lesevorrichtung, mit der die Daten der Speicherschaltungen in mitteinander synchronisierender Reihenfolge ausgelesen werden, wenigstens zwei programmierbare Zähler, welche die Impulse der Oszillatorschaltung frequenzmäßig teilen, um entsprechend den von der Lesevorrichtung aus den Speicherschaltungen ^ausgelesenen "Da- ^en^onhöhen -zu ^erzeugen, und wenigstens zwei prograitffliierbare "Zähler -zur Bestimmung der Tonlängen, und -dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Systeme mit

München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr.Ter. nat. · P.Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. na!. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. BergenOipl.-Ing. Dr.jur. . G. Zvjirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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den Speicherschaltungen und den programmierbaren Zählern zur Erzeugung von Tonhöhen und Tonlängen zur Bildung von Hauptmelodien und ein anderes System zur Bildung von Begleitungen vorgesehen ist, so daß zwei oder mehr Arten von Wellen benutzt werden.

2. Tongenerator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle für eine Begleitung weniger Obertonkomponenten als eine Welle für eine Hauptmelodie aufweist.

3. Tongenerator nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauptmelodie eine Rechteckwelle und für eine Begleitung eine Sinuswelle vorgesehen sind.

4. Tongenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauptmelodie eine durch ein Tiefpassfilter geschickte RecTiteckwelle und für eine Begleitung eine Sinuswelle vorgesehen -sind.

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5. Elektronischer Tongenerator mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitstandardsignals, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Speicherschaltungen zur Speicherung wenigstens von Tonhöhen und Tonlängen, eine Lesevorrichtung, mit der die Daten der Speicherschaltungen in miteinander synchronisierter Reihenfolge ausgelesen werden, wenigstens zwei programmierbare Zähler, welche die Impulse der Oszillatorschaltung freguenzmäßig teilen, um entsprechend den von der Lesevorrichtung aus den Speicherschaltungen ausgelesenen Daten Tonhöhen zu erzeugen, wenigstens zwei programmierbare Zähler zur Bestimmung der Tonlängen, an die ersten programmierbaren Zähler angeschlossene Wellenformungsschaltungen, eine Misch- und Verstärkerschaltung zum Mischen und Verstärken der von den Wellenformungsschaltungen erhaltenen Wellen, einen elektro-akkustischen Wandler, und dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Gruppen mit je einer Speicherschaltung und einem programmierbaren Zähler zur Erzeugung von Tonhöhe und Tonlänge zur Bildung der Hauptmelodie und eine andere Gruppe zur Bildung einer Begleitmelodie vorgesehen ist.

6. Tongenerator nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei oder mehr

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Wellen, die von den Wellenformungsschaltungen erzeugt worden sind, zur Bildung von Melodien benutzt werden.

7. Tongenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Wellenformungsschaltungen eine Modulationseinrichtung zur Erzeugung von Umhüllenden aufweist.

8. Tongenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle für eine Begleitmelodie weniger Obertonkomponenten aufweist als eine Welle für eine Hauptmelodie.

9. Tongenerator nach einem der Ansprüche 5 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauptmelodie und für eine Begleitmelodie Rechteckwellen benutzt werden.

1O. Tongenerator nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauptmelodie eine Rechteckwelle und für eine Begleitmelodie eine

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Sinuswelle benutzt werden.

11. Tongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Tiefpassfilter vorgesehen sind, durch welche Rechteckwellen zu deren Formung geschickt und dann für eine Hauptmelodie und für eine Begleitmelodie benutzt werden.

12« Tongenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauptmelodie eine Welle benutzt wird, die geformt worden ist, indem eine Rechteckwelle durch ein Tiefpassfilter hindurchgeschickt worden ist, und daß für eine Begleitmelodie eine Sinuswelle benutzt wird.

13. Tongenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Hauprmelodie und für eine Begleitmelodie Wellen benutzt werden, die denen von Instrumentenklängen angenähert sind.

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