VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLU FUES
VON KREISLER KELLER SELTING WERNER
NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI KAISHA 10-1, Naka ζ awa-cho,
Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken Japan
PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K.W. Eishold, Bad Soden
Dr. J. F. Fues, Köln
Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln
Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln
DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF
D-5000 KÖLN 1
19. November 1981
Sg-fz
Elektronisches Musikinstrument
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit einem Generator für Phasenwinkelwerte
zur Erzeugung eines Phasenwinkelsignals, das zeitlich mit einer der Frequenz des zu erzeugenden
Tones entsprechenden Rate fortschreitet,und einem Tongenerator zur Erzeugung eines Tonsignals auf der
Basis des fortschreitenden Wertes des Phasenwinkelsignals .
Bei derartigen Musikinstrumenten werden die Wellenformen
von Tönen durch Aneinanderreihen abgetasteter Amplitudenwerte erzeugt. Die Abtastung
erfolgt mit konstanten Abtastintervallen. Hierbei gibt es die folgenden beiden Systeme zur Erzeugung
von Tönen durch Amplitudenabtastung: das erste System besteht darin, die Abtastung unabhängig
von der Frequenz des zu erzeugenden Tones mit konstanter Abtastfrequenz vorzunehmen,und bei dem
zweiten System ist die Abtastfrequenz mit der Frequenz
3 ι 46000
des zu erzeugenden Tones synchronisiert. Bei dem ersten System ist das Verhältnis zwischen der Tonfrequenz
und der Abtastfrequenz im allgemeinen nichtganzzahlig. Daher wird, wie sich aus der Abtasttheorie
ergibt, ein zusätzliches Rauschen erzeugt, das nicht mit der Tonfrequenz harmonisiert ist. Aus
diesem Grund erfordert das System eine Einrichtung zur Reduzierung des zusätzlichen Rauschens und das
Musikinstrument wird insgesamt größer. Andererseits hat das genannte System den Vorteil, daß infolge der
konstanten Abtastfrequenz im Zeitmultiplexbetrieb gearbeitet werden kann, d.h. daß ein einziges System
zur Abtastung mehrerer Tonwellenformen mit unterschiedlichen Tonhöhen benutzt werden kann, um die
Tonerzeugung wirtschaftlicher zu machen. In dem zweiten System ist die Tonfrequenz mit der Abtastfrequenz
harmonisiert und die frequenzbezogenen Komponenten sind ebenfalls mit der Tonfrequenz
harmonisiert, so daß kein Fremdrauschen entsteht. Das zweite System hat daher den Vorteil, daß keine zusätzliche
Einrichtung zur Reduzierung des Fremdrauschens erforderlich ist. Da jedoch für Töne mit
unterschiedlichen Tonhöhen verschiedene Abtastfrequenzen benutzt werden müssen, ist das zweite
System außerstande, die Tonbildung im Zeitmultiplexbetrieb durchzuführen. Das zweite System erfordert
daher mehrere parallelarbeitende Tonbildungssysteme in einer Anzahl, die der Zahl der gleichzeitig
zu erzeugenden Töne entspricht; und dies hat eine entsprechende Größe der Vorrichtung zur Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches
Musikinstrument der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Fremdrauschen durch
Harmonisierung der Tonfrequenz mit der Abtastfrequenz vermieden wird und das dennoch für einen
Zeitmultiplexbetrieb verwendbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Generator für Phasenwinkelsignale
Phasenwinkelwerte erzeugt, die zu jedem vorbestimmten Abtastzeitpunkt eines konstanten Intervalls
mit einer der Frequenz des zu erzeugenden Tones entsprechenden Rate von einem ersten Wert bis zu
einem zweiten Wert fortschreiten,und daß der Generator mit einer Rücksetzschaltung verbunden '
ist, die den fortschreitenden Wert des Phasenwinkelsignals in jeder Abtastzeit bei Erreichen des zweiten
Wertes auf den ersten Wert zurücksetzt.
Der Phasenwinkelwert verändert sich mit Ausnahme der Abtastzeiten,in- denen die Rücksetzung auf den
ersten Wert stattfindet/mit konstanter Rate. Er durchläuft
daher repetierend treppenförmig den Bereich von dem ersten Wert bis zum zweiten Wert, wobei ein
Zyklus das Intervall von einem Rücksetzvorgang bis zum nächsten Rücksetzvorgang darstellt. Da das Rücksetzen
synchron mit einer bestimmten Abtastzeit erfolgt, ist der Wiederholungszyklus des Phasenwinkelwertes
mit der Abtastzeit synchronisiert. Mit anderen
3H6000
Worten: das Verhältnis der Wiederholfrequenz der Phasenwinkelwerte und der Abtastfrequenz ist ein
ganzzahliges Verhältnis. Als Folge hiervon wird die Frequenz eines in Abhängigkeit von den Phasenwinkelwerten
durch Amplitudenabtastung erzeugten Tones mit der Abtastfrequenz harmonisiert, so daß
Fremdrauschen vermieden wird. Da die Intervalle der Abtastzeiten unabhängig von der Frequenz des
zu bildenden Tones konstant sind, können mehrere Töne im Zeitmultiplexbetrieb gleichzeitig gebildet
Werden. Eine Bedingung zur einfachen Ausführung der gleichzeitigen Bildung mehrerer Töne im Zeitmultiplexbetrieb
besteht darin, daß die Wiederholfrequenzen der einzelnen Kanalzeiten konstant sind, d.h. daß
die Intervalle der Abtastzeiten der Multiplexkanäle konstant sind. Diese Bedingung kann durch die Erfindung,
nach der die Intervalle der Abtastzeiten unabhängig von der Frequenz des zu bildenden Tones
konstant gemacht werden können, erfüllt werden. Auf die beschriebene Weise kann sowohl das Fremdrauschen
vermieden,als auch die gleichzeitige Bildung mehrerer Töne im Zeitmultiplexbetrieb mit einer einfachen
Konstruktion erreicht werden, was zu einer kompakteren Konstruktion des Musikinstruments und
zu .geringeren Herstellungskosten führt.
Bei einer Abtast-Zeitsteuerung, bei der der Phasenwinkelwert
zwangsweise rückgesetzt wird, ergibt sich eine andere Veränderungsrate des Phasenwinkelwertes
als bei anderen Abtast-Zeitsteuerungen. Dieser Unterschied liegt darin .begründet, daß der Phasenwinkelwert,
der sonst eine andere Größe erreicht haben würde, zwangsweise auf einen vorbestimmten ersten
Wert rückgesetzt wird, der festliegt. Die Folge hier-
:* "'· "··' *:· 3U6000
von ist eine Abweichung im Fortlauf des Phasenwinkelwertes zu der betreffenden Abtastzeit, zu der ein
Übertrag erzeugt worden ist,und dies führt zu einer Veränderung der Tonfrequenz und einer Verformung der
WeIlenformkurve. Dieser nachteilige Effekt kann jedoch
durch Erhöhung der Abtastfrequenz in seinen Auswirkungen so gering gehalten werden, daß er in
der Praxis keine Schwierigkeiten verursacht.
Die Erfindung schafft ferner ein elektronisches Musikinstrument, bei dem die Abtastfrequenz selbst
in dem Fall erhöht werden kann, daß eine Tonerzeugungseinrichtung benutzt wird, bei der eine
Hochgeschwindigkeitsoperation schwierig durchzuführen ist. Dies geschieht dadurch,daß das synchron
mit der Hochgeschwindigkeitsabtastung erzeugte Phasenwinkelsignal in einen Phasenwinkelwert mit
Niedriggeschwindigkeits-Zeitsteuerung umgesetzt wird. Die Tonwellenform-Amplitudenwerte werden auf der
Basis des Niedriggeschwindigkeits-Phasenwinkelsignals
erzeugt und diese Tonwellenform-Amplitudendaten werden in Daten mit Hochgeschwindigkeits-Abtastfolge
umgesetzt. Das mit Hochgeschwindigkeits-Abtastfolge erzeugte Phasenwinkelsignal wird in
der oben beschriebenen Weise synchron mit den Abtastzeiten periodisch rückgesetzt, wobei die Wiederholfrequenz
der Phasenwinkelwerte mit der Frequenz der Hochgeschwindigkeitsabtastung synchronisiert wird.
Die Tonwellenform-Amplitudenwerte werden zu jedem AbtastZeitpunkt,zu dem das mit der Hochgeschvindigkeits-Abtastfrequenz
harmonisierte Phasenwinkelsignal
-X-
einen vorbestimmten Phasenzustand erreicht hat, wieder abgetastet,· wodurch die Frequenz des durch
diese Tonwellenform-Amplitudendaten erzeugten Tones exakt mit der Abtastfrequenz harmonisiert wird.
iz
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtkonstruktion des elektronischen Musikinstruments,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Zeitsteuerung der einzelnen Kanäle und verschiedener Steuersignale
aus Fig. .1 ,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Akkumulators zur Erzeugung von Phasenwinkeldaten in Fig. 1,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung -der Operation
des Akkumulators nach Fig. 3,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des elektronischen Musikinstruments,
Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Operation
des Akkumulators zur Erzeugung der Phasenwinkeldaten bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5,
Fig. 7 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgenden Umwandlung der
Kanal-Zeitsteuerung auf niedrige-.Geschwindig
keit,
Fig. 8 ein Blockschaltbild des Tonerzeugungsteiles dieses Ausführungsbeispiels, und
Fig» 9 ein Zeitdiagrairan zur Erläuterung der Operation
des Tonerzeugungsteiles aus Fig= 8.
Gemäß Fig. 1 ist eine Erkennungsschaltung 12 für gedrückte
Tasten an eine Tastatur 11 angeschlossen. Die Erkennungsschaltung 12 erkennt eine oder mehrere an
der Tastatur 11 gedrückte Tasten und liefert für jede dieser gedrückten Tasten ein digitales Tastenwort an
eine Tastenzuordnungsschaltung -13. Die Tastenzuordnungsschaltung
13 ordnet die Erzeugung des Tones einer gedrückten Taste einem von mehreren Kanälen zu und gibt
jeweils zu der Zeit des betreffenden Kanals ein aus mehreren Bits bestehendes Tastenwort KC aus, das diejenige
Tasten angibt, die dem betreffenden Kanal zugeordnet worden ist, sowie ein aus einem Bit bestehendes
Anschlagsignal KON, das angibt, ob die Taste noch gedrückt oder bereits losgelassen worden ist. Die Zeiten
für die jeweiligen Kanäle werden im Zeitmultiplexbetrieb unter Synchronisierung durch einen Impulstakt φ« des
Systems zyklisch gebildet= Die Beziehung zwischen den Impulsen des Impulstaktes φ~ und den jeweiligen Kanalzeiten
ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel treten acht Kanalzeiten nacheinander
zyklisch auf.
Pas von der Tastenzuordnungsschaltung 13 ausgegebene
Tastenwort KC wird einer Frequenzzahlentabelle 14 zugeführt. In der Frequenz ζ ah lentabe He 14 sind Konstante
vorgespeichert, die den Tonfrequenzen der jeweiligen Töne
proportional sind, d.h. Konstante, die dem Fortgang der Phase pro Zeiteinheit entsprechen und die im
Folgenden als "Frequenzzahlen" bezeichnet werden. Die Frequenzzahlentabelle 14 enthält für jedes ihr als
Adressensignal zugeführte Tastenwort KC eine Frequenzzahl F. Die Frequenzzahlen F für die gedrückten Tasten,
die den jeweiligen Kanälen zugeordnet worden "sind,
-r- . j
werden im Zeitmultiplexbetrieb aus der Tabelle 14 ausgelesen.
Diese Frequenzzahlen F werden einem Akkumulator 15 zugeführt.
Der Akkumulator 15 berechnet repetierend die Frequenzzahl F für denselben.Kanal in regelmäßigen.. Zeitabständen,
und zwar entweder durch Addition oder Subraktion. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß
bei dem beschriebenen .Ausführungsbeispiel eine Addition erfolgt. Der Akkumulator 15 gibt für jeden der
Kanäle als Ergebnis der Rechnung PhasenwinkeIdaten
qF* aus. Das Bezugszeichen q bezeichnet eine ganze Zahl, die die Nummer des jeweiligen Wiederholungs-Vorganges
bezeichnet und die sich im Verlauf der gleichmäßigen Rechenzeit in der Form 1,2,3 ... verändert.
Der Akkumulator 15 arbeitet nach einem bestimmten modulo (z.B. modulo M).Dieses modulo entspricht
einem Phasenwinkel 2ττ, so daß der Phasenwinkelwert
qF* bis zu dieser modulo-Zahl M, die den Maximalwert bildet, repetierend aufaddiert wird.
Wenn, allgemein ausgedrückt, ein akkumulierter Wert (qF) eines Akkumulators/ der modulo M arbeitet, die
modulo-Zahl M übersteigt, d.h. wenn das Rechenergebnis überfließt, entspricht der in dem Akkumulator
verbleibende Wert der Differenz, die durch Subtrahieren der modulo-Zahl M von dem akkumulierten
Wert (qF) entstanden ist, und somit einem Wert qF,der aus Stellen besteht besteht, die niedrigwertiger sind
als die modulo-Zahl M. Bei der nächsten Rechenzeit wird die Frequenzzahl F diesem übriggebliebenen Wert
(qF) , bei der es sich um eine Bruch-zahl von F, die kleiner ist als F handelt, hinzuaddiert. Als Folge hiervon
*» ·> O OO OO
a e» & 0 ο
a P
'* <* '·* OCO OQO
"' 3U6000
wird die Frequenz des Akkumulationswertes qF gleich
der durch die Frequenzzahl F repräsentierten Frequenz» Andererseits weicht die Wiederholfrequenz des
Akkumulationswertes qF von der Folgefrequenz der regulären Rechenzeiten (d.h. der Abtastfrequenz) ab?
d.h. die Wiederholfrequenz des Akkumulationswertes wird
unharmonisch zur Abtastfrequenz. Die Wiederholfrequenz
der von dem Akkumulator 15 in Fig. 1 ausgegebenen Phasenwinkeldaten qF* ist generell gleich der durch die
Frequenzzahl F repräsentierten Frequenz und sie ist nicht mit der Abtastfrequenz harmonisiert„ Nach der Erfindung
wird jedoch die Wiederholfrequenz der tatsächlich erhaltenen Phasenwinkeldaten qF* mit der Abtastfrequenz
harmonisiert, indem Vorkehrungen ge» troffen werden, um denjenigen Wert, der beim überfließen
des Rechenergebnisses überbleibt, zwangsweise rückzusetzen. Zu diesem Zweck wird ein Übertragssignal CA des Akkumulators 15 über eine Leitung 60
auf einen Rücksetzeingang RST dieses Akkumulators gegeben. Das Übertragssignal CA wird erzeugt, wenn das
Rechenergebnis im Akkumulator 15 überfließt.
Ein Ausführungsbeispiel des Akkumulators 15 ist in Fig. 3 dargestellt. Dieser Akkumulator enthält ein
Schieberegister 16 und einen Addierer 17. Er addiert für jeden Kanal die betreffende Frequenzzahl F im
Zeitmultiplexbetrieb kumulativ auf. Das Schieberegister 16 enthält entsprechend der Anzahl der
Kanäle acht Stufen und wird von dem Impulstakt Φο des Systems getaktet. Dieses Schieberegister 16
• ·
3U6000
speichert das akkumulierte Ergebnis, d.h. den Phasenwinkelwert
qF*, für jeden Kanal. Die Werte qF* für die Kanäle werden aus der Endstufe im Zeitmultiplexbetrieb
ausgegeben. Der Wert qF* am Ausgang des Schieberegisters 16 wird auf den einen Eingang des
Addierers 17 rückgekoppelt. Der Addierer 17 empfängt
an seinem anderen Eingang die aus der Frequenzζahlentabelle
14 im Zeitmultiplexbetrieb ausgelesenen Frequenzzahlen F. Die Kanalzeit des vorhergehenden
Akkumulationsergebnisses des Phasenwinkelwertes qF* und der Zeitpunkt,zu dem die zugehörige Frequenzzahl
F dem Addierer zugeführt-wird, sind synchron zueinander,
so daß die Frequenzzahl F desselben Kanals repetierend aufaddiert wird. Das Zeitintervall dieser repetierenden.
Addition ist ein Zyklus der Kanalzeiten des Zeitmultiplexsystems,
d.h. acht Perioden des Impulstaktes Φο.
Das Ausgangssignal des Addierers 17 wird über ein Tor 18 einem Schieberegister 16 zugeführt. Dem Steuereingang
EN des Tores 18 wird ein Signal zugeführt, das durch Invertieren des Übertragssignals CA des Addierers
17 durch einen Inverter 19 entstanden ist. Das Übertragssignal CA ist normalerweise "0", so daß das Tor
von dem Ausgangssignal "1" des Inverters 19 geöffent
wird, wodurch das Ausgangssignal des Addierers 17 über das Tor 18 in das Schieberegister 16 gelangt. Wenn das
Additionsergebnis im Addierer 17 zu einer bestimmten Kanalzeit überfließt, geht das Übertragssignal CA auf
"1" und das Tor 18 wird von dem Ausgangssignal "0" des Inverters 19 gesperrt. Zu dieser Zeit wird die beim
Überfließen zurückgebliebene Bruchzahl vom Addierer 17
3H6000
ausgegeben, jedoch wird dieses Ausgangssignal von dem
Tor 18 unterdrückt und daher nicht dem Schieberegister
16 zugeführt. Auf diese Weise wird das Ergebnis der Akkumulation,, d.h. der Phasenwinkelwert qF* ,von dem
Übertragssignal CA gelöscht (d.h. auf den Phasenwinkel
0 rückgesetzt).
Durch diese Anordnung wird die Zeit, zu der der Phasenwinkelwert qF* wieder den Wert 0 annimmt,
exakt mit der Zeitsteuerung des Impulstaktes Φο
synchronisiert. Da die Periodendauer der Phasenwinkelwerte qF* (die Dauer von einer Nullphase bis
zur nächsten Nullphase) ein ganzzahliges Vielfaches des Impulstaktes Φο ist, sind die Frequenzen der
Phasenwinkelwerte qF* und der Systemtakt φ0 miteinander
harmonisiert.
Der von dem Akkumulator 15 für jeden Kanal im Zeitmultiplexbetrieb
ausgegebene Phasenwinkelwert qF* wird dem Tonerzeugungsteil 20 zugeführt« Dieser erzeugt als
Antwort auf den Phasenwinkelwert qF* einen Amplitudenwert MW für den betreffenden Abtastpunkt der Wellenformkurve.
Der Tonerzeugungsteil 20 besteht beispielsweise aus einem Wellenformspeicher,' in dem die Wellenform
eines Tones vorgespeichert ist und aus dem die Amplitudenwerte in Abhängigkeit von dem durch den
Phasenwinkelwert qF* repräsentierten Phasenwinkel ausgelesen werden. Der Tonerzeugungsteil 20 muß nicht notwendigerweise'
einen Wellenformspeicher enthalten, sondern kann auch in anderer Weise ausgebildet sein. Er muß
nur imstande sein, ein Tonsignal zu erzeugen, dessen Frequenz von dem Fortgang des Phasenwinkelwertes qF*
-rf-18
bestimmt wird.
Die für jeden Kanal von dem Tonerzeugungsteil 20 ausgegebenen
Amplitudenwerte MW der Abtastpunkte der Wellenformkurve
werden einem Multiplizierer 21 zugeführt und dort mit Hüllkurvenformdaten EV, die von einem Hüllkurvengenerator
22 geliefert werden, multipliziert. Der Hüllkurvengenerator 22 erzeugt im Zeitmultiplexbetrieb
die Hüllkurvenformdaten EV für jeden Kanal, wodurch die Klangcharakteristiken wie Anhall, Aufreähterhaltung
und Abklingen realisiert werden. Dies geschieht anhand des Anschlagsignals KON für jeden einzelnen
Kanal. In dem Multiplizierer 21 werden die Amplitudendaten MW der Abtastpunkte der Tonwellenform und
der Hullkurvenformfaktor EV desselben Kanales miteinander multipliziert. Der hüllkurvengesteuerte Amplitudenwert
(MW - EV) eines Wellenform-Abtastpunktes wird von dem Multiplizierer 21 einem Akkumulator 23 zugeführt. Der
Akkumulator 23 ist eine Schaltung zum Aufsummieren der Amplitudenwerte der Wellenform-Abtastpunkte für die jeweiligen
Kanäle in einer Abtastperiode (acht Kanalzeiten) zu einem kombinierten Abtastwert und ist somit
vollständig verschieden von dem zuvor beschriebenen Akkumulator 15. Der Akkumulator 23 empfängt ein Zeitsteuersignal
ACC für die Addition und ein Löschsignal CLR, die gemäß Fig. 2 erzeugt werden. Das Zeitsteuersignal
ACC für die Addition wird in der zweiten Hälfte der Zeitfenster für die einzelnen Kanäle repetierend
erzeugt. Die Amplitudenwerte der Wellenform-Abtastpunkte für die jeweiligen Kanäle, die von dem Multiplizierer
21 geliefert werden, werden unter Taktung durch das Zeitsteuersignal ACC sukzessive akkumuliert.
ΐ» BO O O
ß Οι» OO 0 ίϊ
■ι η t» α QQ α
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Das Ausgangssignal des Akkumulators wird einem Register 24 zugeführt. Das Register 24 empfängt ferner ein
Ladesignal LOAD, das gemäß Fig.2 im Anschluß an das Signal ACC in der zweiten Hälfte des Zeitfensters des
Kanals 8 ansteigt. Nach Akkumulierung der Amplitudenwerte für alle Kanäle 1 bis 8 durch den Akkumulator
wird das Register 24 durch das Ladesignal LOAD in den Aufnahmezustand versetzt und das Ausgangssignal des
Akkumulators 23, d.h. die Summe der Amplitudenwerte der Wellenform-Abtastpunkte aller Kanäle 1 bis 8 während
einer Abtastperiode, wird in das Register 24 eingegeben. Zu Beginn des Zeitfensters für den ersten Kanal baut sich
unmittelbar anschließend das Löschsignal CLR auf, um den Inhalt des Akkumulators 23 zu löschen.
Die Summe der Amplitudenwerte der Wellenform-Abtastpunkte für sämtliche Kanäle, die in dem Register 24 festgehalten
wird, wird von einem Digital/Analog-Umsetzer 25 in ein Analogsignal umgesetzt und anschließend einem
Klangsystem 26 zugeführt.
In Fig. 4 ist ein Beispiel des von dem Akkumulator 15
ausgegebenen Phasenwinkelwertes qF* für einen einzigen Kanal dargestellt. Obwohl die Wellen in Wirklichkeit
durch den Zeitmultiplexbetrieb unterbrochen sind, sind sie aus Gründen des besseren Verständnisses durchgehend
dargestellt. In Fig. 4 ist mit 8φ0 der Takt der Rechenzeitpunkte
für die Frequenzzahl F für einen einzigen Kanal dargestellt. Die Periodendauer dieses Taktes ist
achtmal so groß wie diejenige des Impulstaktes φ,..
Mit CA sind die Zeitpunkte bezeichnet, zu denen ein Übertragssignal CA vom Akkumulator 15 ausgegeben wird.
Da zu jeder Rechenzeit, d.h. zu jedem Impuls des Impulstaktes 8φ0 ,die Frequenzzahl F kumulativ zu dem bisherigen
Additionsergebnis hinzuaddiert wird, vergrößert sich der Phasenwinkelwert qF* in Stufen, die dem Wert von F-entsprechen.
Wenn der akkumulierte Phasenwinkelwert qF* im Addierer 17 den Maximalwert MAX des Addierers 17 übersteigt,
wird das Übertragssignal CA erzeugt. Da der Wert qF* des betreffenden Kanals des Akkumulators (d.h.
im Schieberegister 16) von diesem Rücksetzsignal CA unverzüglich
rückgesetzt wird, wird der Wert qF* beim Überlaufen auf den Minimalwert MIN, der einer bestimmten
Phase, z.B. der Phase 0 entspricht, reduziert. Dieser Minimalwert MIN wird vorzugsweise zu 0 gewählt. Anders
ausgedrückt: die Bruchzahl (d.h. der Restwert,der kleiner ist als F),die als Phasenwinkelwert qF* in dem
Akkumulator 15 verbleibt, wenn der Phasenwinkelwert qF* überfließt, wird ausgelöscht und der Phasenwinkelwert
qF* wird zwangsweise auf den Minimalwert MIN (d.h. "0") eingestellt. Der Phasenwinkelwert qF* startet daher
seinen Anstieg stets vom selben Wert aus, nämlich vom
Minimalweft MIN. Als Folge hiervon bleibt der Phasenwinkelwert qF* und somit auch der Phasenwinkel, der
synchron mit dem Rechentakt 8φ0 aufeinanderfolgend verändert
wird, während jeder Periode der Phasenwinkelwerte qF* gleich. Die Synchronisation der Wiederholungs-Zeitsteuerung
desselben Phasenwertes mit der Rechenzeitsteuerung 8φη bedeutet, daß das Verhältnis der Wieder-
3U6000"· H
« e.
holfrequenz des Phasenwinkelwertes qFS d.h. der
Frequenz des in Abhängigkeit von diesem Wert qF* erzeugten Tonsignals, zu der Frequenz der Rechenzeitsteuerung
8<J)q, d.h. der Abtastfrequenz, ganzzahlig
ist. Dies bedeutet, daß die beiden Frequenzen miteinander harmonisiert sind.
In Fig. 4 sind außer den Phasenwinkelwerten qF*f die
in durchgezogenen Linien angegeben sind, auch die Phasenwinkelwerte qF gestrichelt dargestellt, die sich
TO ergeben, wenn keine Rücksetzung durch das Übertragssignal CA erfolgt. Durch Vergleich der durchgezogenen
und gestrichelten Linien ergibt sich, daß der Phasenwinkelwert qF*, der durch das Übertragssignal CA rückgesetzt
wird,, eine geringfügig längere Periodendauer hat, als der Phasenwinkelwert qF, der nicht rückgesetzt
wird. Dies liegt daran, daß der Phasenwinkelwert qF sich stets mit entsprechend der Frequenzzahl F
konstanter Rate verändert, wogegen dor Phasenwinkelwert qF* sich nicht zu denjenigen Rechenzeiten mit
konstanter, der Frequenzzahl F entsprechender Rate verändert, zu denen das Übertragssignal CA nicht erzeugt
wird. Dagegen verändert sich der Phasenwinkelwert qF* jeweils mit einem Schritt abweichender Größe zu denjenigen
Rechenzeiten, zu denen das Übertragssignal CA erzeugt wird, denn zu diesen Rechenzeiten wird ein
Wert, der kleiner ist als die Frequenzzahl F/ hinzuaddiert, weil die Bruchzahlen gelöscht werden.
Die Wiederholfrequenz des Phasenwinkelwertes qF,der nicht rückgesetzt wird, entspricht der regulären
(normierten) Tonfrequenz, die durch die Frequenzzahl F bezeichnet wird, wogegen die Wiederholfrequenz des
Phasenwinkelwertes qF* von der regulären Tonfrequenz geringfügig abweicht. Der Phasenwinkelwert qF* erhöht
sich in konstanten regelmäßigen Schritten jeweils zu den Rechenzeiten, zu denen das Übertragssignal
CA nicht erzeugt wird,und zu denjenigen Rechenzeiten, zu denen das Übertragssignal CA erzeugt wird,
mit einer kleineren Rate, d.h. in diesem Fall wird ein Wert, der kleiner ist als F, addiert. Daher wird
die Geschwindigkeit,mit der die Phase weiterläuft, an den Abtastpunkten, an denen das Übertragssignal
CA erzeugt wird, langsamer als zu den anderen Abtastzeiten und die Wellenform wird in diesem Ausmaß verformt.
Zur Erläuterung dieser Tatsache ist in Fig. 4 ein Beispiel eines von dem Tonerzeugungsteil 20 auf
die Phasenwinkelwerte qF* hin erzeugten Tonsignals,
d.h. der Amplitudendaten an den Abtastpunkten der Wellenform, mit MW bezeichnet und als durchgezogene
Linie dargestellt.Hierbei handelt es sich um diejenige Wellenform, die ausgelesen wird, wenn der Tonerzeugungsteil
20 eine Sinuswelle gespeichert hält. Das Tonsignal MW verändert sich in Wirklichkeit stufenförmig, wobei
der Abstand der Abtastpunkte den zeitlichen Abstand der Stufen bestimmt, jedoch ist in Fig. 4 zum einfacheren
Verständnis der Verformung der Wellenform eine glatte Amplitudenänderung angenommen.
Gemäß Fig. 4 erfolgt eine Verzögerung des Phasenfortlaufs
bei dem Tonsignal MW, zu derjenigen Abtastzeit, in der der Phasenwinkelwert qF* zwangsweise durch das
Übertragssignal CA auf den Phasenwinkelwert 0 gesetzt wird,und hierdurch wird eine geringfügige Verzerrung
der Wellenform bewirkt. Zum Vergleich ist eine unverzerrte
Sinuswelle als gestrichelte ι Linie dargestellt,
die man erhält,wenn der Phasenwinkelwert qF sich in konstanten Schritten vergrößert.
6 a» a tt t
3U6000
In Fig. 4 ist die Verformung der Wellenform zum besseren Verständnis der Auswirkungen der Phasenwinkelwerte
qF* übertrieben dargestellt. Tatsächlich unterscheidet sich die Tonwellenform MW nur so geringfügig
von der idealen Wellenform, daß die Frequenzabwexchung durch die Verformung der Wellenform in der Praxis keine nachteiligen
Auswirkungen hat. Die Frequenzdifferenz und die Verformung der Wellenform entstehen durch Unterdrückung
der Bruchteilswerte, nämlich des Restes der Frequenzzahl F, der zum Zeitpunkt der Erzeugung des
Übertragssignals CA in dem Akkumulator 15 verbleibt. Die Größe der Frequenzdifferenz und der Verformung der
Wellenform werden daher umso größer, je größer dieser unterdrückte Wert ist. Der bei der Erzeugung des Übertragssignals
CA unterdrückte Wert sollte daher so klein wie möglich gehalten werden. Zu diesem Zweck
sollte die Frequenz des Impulstaktes Φο des Systems
so groß wie möglich gemacht werden, um die Abtastperiode (d.h. die Rechenzeit 8φ0) kurz zu machen, so
daß die Frequenzzahl F einen möglichst kleinen Wert erhält.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Inhalt des Akkumulators 15 auf den Minimalwert MIN rückgesetzt,
wenn der Inhalt übergeflossen ist (d.h. den Maximalwerf MAX übersähritten, hat). Die Konstruktion des
Akkumulators 15 ist hierauf jedoch' nicht beschränkt, sondern der Akkumulator kann so konstruiert sein, daß
die Tatsache, daß sein Inhalt einen bestimmten Wert über-
3U6000"""··'
schritten hat, erkannt wird und daß in Abhängigkeit von dieser Erkennung der Akkumulator 15 auf einen
einem bestimmten Phasenwinkel entsprechenden Wert rückgesetzt wird. Alternativ kann der Akkumulator 15
auf einen voreingestellten Wert rückgesetzt werden, der geringfügig größer ist als der Minimalwert MIN (aber
nicht größer als die Frequenzzahl F), wenn sein Inhalt
überfließt.
Wie schon beschrieben wurde, sollte die Frequenz des Impulstaktes
<j>0 so groß wie möglich gewählt werden, um
die Frequenzdifferenz und die Verformung der Wellenform möglichst klein zu halten. Dies erfordert eine hohe
Frequenz der Multiplex-Kanalzexten und einen mit hoher
Geschwindigkeit arbeitenden Tonerzeugungsteil. Eine Hochgeschwindigkeitsoperation ist bei einer Konstruktion
durchführbar, durch die die Amplitudendaten der Tönwellenform aus einem Wellenformspeicher einfach ausgelesen
werden, sie ist jedoch bei einem Tonerzeugungssystem,das in dem Tonerzeugungsteil· 20 benutzt wird, schwierig.
Beispielsweise ist eine derartige Hochgeschwindigkeitsoperation in dem Fall schwierig, daß ein Ton durch
Frequenzmodulationsrechnung erzeugt wird. Bei Benutzung eines Tonerzeugungssystems, bei dem eine Hochgeschwindigkeitsoperation
nicht möglich ist, sind eingangsseitig des Tonerzeugungsteils 27 Umsetzer 28,29 vorgesehen, die
die hohe Kanalzeit-Frequenz in eine niedrige Kanalzeit-Frequenz umsetzen. Ferner ist ausgangsseitig des Tonerzeugungsteils
27 ein Umsetzer 30 vorgesehen, der die niedrige Fequenz in eine hohe Frequenz umsetzt.
Λ ft
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 üben die Erkennüngsschaltung
12 für gedrückte Tasten, die Tastenzuordnungsschaltung
13, der Hüllkurvengenerator 22, der Akkumulator 23, das Register 24, der Digital/Analog-Umsetzer
25 und das Klangsystem 26 die gleichen Funktionen aus wie die gleichbezeichneten Teile in
Fig. 1. Die Konstruktionen der FrequenzZahlentabelle
31 und eines Akkumulators 32 zur Erzeugung der Phasenwinkelwerte qF* weichen geringfügig von den entsprechenden
Baugruppen 14,15 in Fig. 1 ab. Man kann jedoch auch die Frequenzzahlentabelle 14 und den
Akkumulator 15 aus Fig. 1 in der Schaltung der Fig. 5
verwenden und umgekehrt die Frequenzzahlentabelle 31 und den Akkumulator 32 aus Fig. 5 in der Schaltung nach
Fig. 1.
Die Frequenzzahlentabelle 31 besteht aus einer Notentabelle 31A und einer Oktaventabelle 31B. In der
Notentabelle 31A sind die Noten-Frequenzzahlen F für
die zwölf Noten C,C#,...A#,B einer Oktave vorgespeichert.
Der Notentabelle 31A wird als Adresseneingang der die Note kennzeichnende Notenteil des Tastenwortes
KC zugeführt, woraufhin die Notentabelle 31A die die dem Notenteil NC entsprechende Noten-Frequenzzahl
F ausgibt. In der Oktaventabelle 31B sind die Oktaven-Frequenzzahlen
F gespeichert, die die Verhältnisse der
B ,
Frequenzen zwischen den jeweiligen Oktaven angeben. Ein innerhalb des Tastenwortes KC die Oktave kennzeichnender
Oktaventeil OC wird der Oktaventabelle 31B als Adresseneingangssignal
zugeführt, woraufhin aus der Oktaventabelle 31B die Oktaven-Frequenzzahl F ausgelesen wird,
B die dieser Oktave entspricht. Durch Aufteilung der Frequenzzahlentabelle 31 in die Notentabelle 31A und die
Oktaventabelle 31B kann die erforderliche Speicherkapazität
reduziert werden. Die Speicherkapazität der Noten-
3U6000
tabelle 31A beträgt zwölf Adressen und diejenige der
Oktaventabelle 32B richtet sich nach der Anzahl der Oktaven des Musikinstruments (z.B. etwa 4 bis 8), wodurch
sich ein Bedarf von insgesamt etwa 20 Adressen ergibt. Im Gegensatz hierzu muß die Frequenzzahlentabelle
14 in Fig. 1 die Frequenzzahlen F für alle
Tasten der Tastatur speichern. Sie erfordert daher so viele Adressen, wie Tasten an dem Musikinstrument
vorhanden sind.
Der Akkumulator 32 enthält einen Notenakkumulator 32A
zur Akkumulierung der Noten-Frequenz zahlen F7. und einen
Oktavenakkumulator 32B zur Akkumulierung der Oktaven-Frequenz zahlen Fn. Der Notenakkumulator 32A hat eine
der Anzahl der Kanäle entsprechende Zahl von 8 Stufen und enthält ein Schieberegister 33, das
synchron mit den Kanalzeiten von dem Impulstakt (j>q des Systems
getaktet ist, einen Addierer 34 zum Addieren des Ausgangssignals dieses Schieberegisters 33 und der
Notenfrequenzzahl F und-ein Tor 35, das das Ausgangssignal
des Addierers 34 dem Schieberegister 33 zuführt. Der Notenakkumulator 32A akkumuliert die Noten-Frequenz
zahlen F der jeweiligen Kanäle durch denselben Kanal im Zeitmultiplexbetrieb. Jedesmal wenn
das Additionsergebnis im Addierer 34 überfließt, wird ein Übertragssignal CA1 erzeugt.
Das Übertragssignal CA1 des Notenakkumulators 32A wird
dem Steuereingang EN eines Tores 36 für den Oktavenakkumulator 32B zugeführt. Das Tor 36 steuert den Durchgang
der Oktaven-Frequenzzahl F . Die aus der Tabelle 31B im Zeitmultiplexverfahren zu den jeweiligen Kanalzeiten
ausgelesenen Oktaven-Frequenzzahlen werden von dem Tor 36 nur dann ausgegeben und einem Addierer 37 zugeführt,
wenn das Übertragssignal CA1 von dem Noten-
3H6000
akkumulator 32A in ihren Kanalzeiten erzeugt wird. Der Oktavenakkumulator 32B enthält neben dem Tor 36
und dem Addierer 37 ein Schieberegister 38, das, entsprechend der Anzahl der Kanäle, aus acht Stufen besteht
und von dem Impulstakt φ0 getaktet ist. Das Ausgangssignal
des Addierers 37 wird dem Schieberegister 38 zugeführt und das Ausgangssignal des Schieberegisters
38 wird wiederum dem Eingang des Addierers 37 zugeführt. Auf diese Weise wird die Oktaven-Frequenzzahl Fn eines
. bestimmten Kanals, die von dem Tor 36 ausgegeben worden ist, zu dem vorhergehenden Additionsergebnis desselben
Kanals addiert.
In dem Notenakkumulator 32A wird die Notonfrequenzzahl
F jedesmal, wenn die Kanalzeiten einen Zyklus durchgeführt haben (d.h. in jeder Rechenzeit 8cj)0,die eine
Periodendauer von acht Perioden des Impulstaktes Φο hat),
repetierend addiert. Als Folge hiervon wird das Ubertragssignal CA1 mit einer Häufigkeit erzeugt, die der
Größe der Notenfrequenzzahl F entspricht. In dem anderen Akkumulator 32B werden die Frequenzzahlen FR
desjenigen Kanals, in dem das Ubertragssignal CA1 erzeugt
worden ist, jedesmal dann akkumuliert, wenn das Übertragssignal CA1 von dem Notenakkumulator 32A erzeugt
wird. Da die Oktavenfrequenzzahlen Fn Werte sind,
die das Verhältnis der Frequenzen zwischen den jeweiligen Oktaven angeben,und da das Ubertragssignal CA1 mit
einer der Notenfrequenz entsprechenden Häufigkeit repetierend erzeugt wird, entspricht der Inhalt des Oktavenakkumulators
32B,der dadurch entsteht, daß die Oktavenfrequenz zahlen F_ jedesmal dann akkumuliert werden, wenn
das Übertragssignal CA1 erzeugt worden ist, der Tonfrequenz, der durch das Tastenwort KC repräsentierten
Taste.
Wenn das Akkumulationsergebnis des Oktavenakkumulators 32B einen bestimmten modulo-Wert übersteigt, d.h. wenn
der Addierer 37 überfließt, wird ein Übertragssignal CA2 erzeugt. Dieses Übertragssignal CA2 ist dem übertragssignal
CA in Fig.-1 äquivalent und gibt die Beendigung einer Periode der Tonwellenform an. Sowohl der
Notenakkumulator 32A als auch der Oktavenakkumulator 32B werden von diesem Übertragssignal CA2 über Leitung
61 rückgesetzt. Das Rücksetzen des Notenakkumulators 32A geschieht durch Sperren des Tores 35 durch ein
"0"-Signal, das durch Invertieren des Übertragssignals
CA2 durch einen Inverter 39 entstanden ist. Das Rücksetzen des Oktavenakkumulators 32B erfolgt generell
durch Unterdrückung "des Ausgangssignals des Addierers 37 (d.h.durch ein dem Tor 35 entsprechendes Tor), jedoch
ist in dem Fall, daß das Verhältnis der modulo-Zahlen der Oktavenfrequenzzahl F und des Addierers
37 ein ganzzahliges Verhältnis ist, kein Rücksetzvorgang erforderlich. Da die Oktavenfrequenzzahlen F
die Frequenzverhältnisse zwischen den Oktaven (1,2,4, 8,16) wiedergeben, können sie sämtlich als ganzzahlige
Verhältnisse angegeben werden. Die Verhältnisse zwischen sämtlichen Oktavenfrequenzzahlen F und der modulo-Zahl
des Addierers 37 können daher ganzzahlig gewählt werden. Wenn derartige ganzzahlige Verhältnisse realisiert
sind, wird ein ganzzahliges Vielfaches der Oktavenfrequenz zahl F gleich der modulo-Zahl des Addierers
37, so daß das Ausgangssignal des Addierers 37 "0" wird, wenn das Übertragssignal CA2 erzeugt worden ist. Aus
diesem Grund ist ein Rücksetzen des Oktavenakkumulators 32B durch das Übertragssignal CA2 nicht erforderlich.
Dagegen ist es nicht möglich, die Verhältnisse zwischen allen Notenfrequenz zahlen F,. und der modulo-Zahl des
Akkumulators 32A ganzzahlig zu wählen, so daß der Notenakkumulator 32A durch das Übertragssignal CA2
3U6000
rückgesetzt werden muß.
Auf die oben beschriebene Weise führt der aus dem Notenakkumulator 32A und dem Oktavenakkumulator 32B
bestehende Akkumulator 32 im wesentlichen die gleiche Operation durch wie der Akkumulator 15 der Fig. 1, indem
er den Phasenwinkelwert q-F* ausgibt. Mit anderen ' Worten: das Ausgangssignal des Akkumulators 32B ist
ein Phasenwinkelwert qF*, der dem Ausgangssignal des Akkumulators 15 in Fig. 1 äquivalent ist. Durch Rücksetzen
der Akkumulatoren 32A und 32B durch das Übertragssignal CA2 wird die Wiederholfrequenz dieser
Phasenwinke!werte qF* mit den Zeitmultiplex-Rechenzeiten,
und somit mit der Abtastfrequenz, harmonisiert.
In Fig. 6 ist in der Zeile qF ein Zustand des Notenakkumulators
32A für-einen Kanal dargestellt. In Fig. 6 bezeichnet 8φ0, ebenso wie in Fig. 4, die Rechenzeit
(eine Periode, die aus acht Perioden des Impulstaktes i>n besteht) . In der in Fig. 6 mit qFa (qF*)
υ ΰ
bezeichneten Zeile ist ein Zustand des Oktavenakkumu-2Ό
lators 32B dargestellt. Zur Verdeutlichung ist ein Teil des Zeitmaßstabes verkleinert. Wie aus der
Zeichnung hervorgeht, erfolgt jedesmal,wenn der Zustand
qF des Notenakkumulators 32A überfließt und das Übertragssignal CA1 erzeugt worden ist, eine Akkumulierung
der Oktavenfrequenzzahl F_ im Oktavenakkumulator 32B.
Nach Erzeugung des Übertragssignals CA2 durch den Oktavena-kkumulator
32B werden die Akkumulatoren 32A und 32B
rückgesetzt. In der in Fig. 6 mit MW bezeichneten Zeile ist die Amplitude einer Sinuswelle dargestellt, die
entsprechend dem Zustand des Oktavenakkumulators 32B,
d.h. des Phasenwinkelwertes qF*, abgetastet wird, dargestellt. Die strichpunktierten Linien" in den Zeilen
qFn und MW in Fig. 6 zeigen Zustände, die sich ergeben,
wenn derselbe Ton eine Oktave höher liegt. Der Wert der Oktavenfrequenzzahl Fn für die nächsthöhere
Oktave ist doppelt so groß wie derjenige der Frequenzzahl F., der unteren Oktave. Der durch die strichpunktierte
Linie angegebene Zustand qF^ des Akkumulators
32B steigt daher doppelt so schnell an wie der durch die durchgezogene Linie dargestellte Zustand qFß. Als
Folge hiervon erhält die gemäß der strichpunktierten Linie in Zeile MW in Fig. 6 abgetastete Sinuswelle
eine Frequenz, die doppelt so groß ist" wie diejenige der Sinuswelle, die entsprechend der durchgezogenen
Linie abgetastet wird, und die somit um eine Oktave höher liegt.
Gemäß Fig. 5 werden die von dem Akkumulator 32 ausgegebenen Phasenwinkelwerte qF* einem Umsetzer 28 für
eine hohe Kanalzeitfolge in eine niedrige Kanalzeitfolge zugeführt. Dieser Umsetzer 28 dient zur Umwandlung
der Multiplexzeiten,in denen die Phasenwinkelwerte qF* für die jeweiligen Kanäle auftreten, von der mit
dem Impulstakt φβ synchronisierten Hochgeschwindigkeits-Kanälzeitfolge
in eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge. In diesem Umsetzer 28 erfolgt eine
Umsetzung von acht Zyklen der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeitfolge in einen Zyklus der Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge.
In Fig. 7 ist der Umwandlungsprozeß dargestellt, mit dem die Zyklen CY1-CY8 der
Hochgeschwindigkeits-Kanalzeitfolge in einen Zyklus der Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge umgesetzt
werden.
3T46000
Die von dem Akkumulator 32 synchron mit den Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten
1 bis 8 (Fig % 7) ausgegebenen Phasenwinkelwerte qF* werden dem Α-Eingang eines Re-■
gisters 40 und einem Selektor 41 zugeführt« Dem Steuereingang des Registers wird ein Ladeimpuls L1 zugeführt.
Der Ladeimpuls L1 ist ein Signal, das gemäß Fig. 7 jeweils am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 1 in
dem Hochgeschwindigkeitszyklus CY1, am Ende der Kanalzeit 2 im Zyklus CY2, am Ende der Kanalzeit 3 im Zyklus CY3
und am Ende der Kanalzeit 4 im Zyklus CY4, am Ende der Kanalzeit 5 im Zyklus CY5, am Ende der Kanalzeit 7 im
Zyklus CY6 und am Ende der Kanalzeit 8 im Zyklus CY7 auf· "1" geht. Das Intervall, in denen der Ladeimpuls L1
sich im "1"-Zustand befindet, beträgt zwischen den Zyklen C5 und C6 10 Zeltfenster und in den anderen Zyklen jeweils
9 Zeitfenster. In das Register 40 werden die· Phasenwinkelwerte qF* beim Anstieg des Ladeimpulses
L1 auf "1" eingegeben. Der Kanal des aus dem Register 40 ausgegebenen Phasenwinkelwertes qF* ^erhalt sich wie
in der Zeile R1 in Fig. 7 angegeben ist. Dieses Ausgangssignal
R1 des Registers 40 wird dem anderen Eingang B des Selektors 41 zugeführt.
Der Selektor 41 empfängt an seinem Steuereingang den Selektionsimpuls S1, der gemäß Fig. 7 zur Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
6 des Hochgeschwindigkeitszyklus CY6 auf "1" geht. Wenn der Selektionsimpuls S1 im "1"-Zustand ist,
schaltet der Selektor 41 den seinem Α-Eingang zugeführten Phasenwinkelwert qFÄ durch. Wenn dagegen der Selektionsimpuls S1 im "0"-Zustand ist, schaltet der Selektor 41
das an seinem B-Eingang anstehende Ausgangssignal R1 des Registers 40 durch. Der Kanal des von dem Selektor 41
ausgegebenen Phasenwinkelwertes qF* nimmt daher den in Fig. 7 in der Zeile SEL 1 dargestellten Zustand an. Das
Ausgangssignal SEL 1 des Selektors 41 wird einem Register
3U6000
ν * w « V *
42 zugeführt, das a,n seinem Steuer eingang einen Ladeimpuls
L2 empfängt. Gemäß Fig^ 7 geht der Lädeimpuls L2 am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 6 in
jedem der Zyklen CY1 bis CY8 auf "1". Das Register 42 enthält das Ausgangssignal SEL 1 des Selektors 41, wenn
der Ladeimpuls L2 auf "1" gegangen ist. Daher wird im Unterschied zu der sechsten Kanalzeit in den Zyklen
CY1, CY2, CY3, CY4 ,.und CY5 in der sechsten Kanalzeit
des Zyklus CY6 der von dem Akkumulator 32 ausgegebene Phasenwinkelwert qF* des sechsten Kanals in das Schieberegister
42 eingegeben. Zur Kanalzeit 6 in den Zyklen CY7 und CY8 werden die in dem Register 40 gespeicherten
Phasenwinkelwerte qF* der Kanäle 7 und 8 in das Register 42 eingegeben. Der Kanal des von dem Register
42 ausgegebenen Phasenwinkelwertes qF* nimmt also den
in der Zeile R2 in Fig. 7 dargestellten Zustand an.
Das Ausgangssignal R2 des Registers 42 wird einem Tonerzeugungsteil 27 als Phasenwinkelwert cot zugeführt, der
in eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge umgesetzt worden ist. Wie die Zeile R2 in Fig. 7 zeigt, ist die
Kanalzeit dieser Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge gleich der Dauer eines Wiederholungszyklus der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeitfolge.
Bei dem anderen Umsetzer 29 für Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten in Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten
handelt es sich um eine Schaltung zur Umwandlung der im Zeitmultiplex-Betrieb von dem Hüllkurvengenerator
22 erzeugten Hüllkurvenformendaten EV für die jeweiligen
3U6000
Kanäle von einer Hochgeschwindigkeits-Kanalfolge in eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalfolge. Der Umsetzer
29 enthält ein Register 34, einen Selektor 44 und ein Register 45, die die .gleichen Funktionen ausüben wie
das Register .40,der Selektor 41 und das Register 4 2
des Umsetzers 28. Die Hüllkurvenformdaten EV der jeweiligen Kanäle, die dem Umsetzer 29 zugeführt werden,
werden von dem Register 45 ausgegeben, nachdem sie in eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitfolge gemäß
R2 in Fig. 7 umgesetzt worden sind. Das Ausgangssignal des Registers 45 wird dem Tonerzeugungsteil 27 als im
Zeitmultiplexverfahren zeitgeteilter Hüllkurvenformwert
E im Takt der Niedriggeschwindi'gkeits-Kanalfolge zugeführt.
Der Tonerzeugungsteil 27 führt eine Frequenzmodulationsrechnung auf der Basis des Phasenwinkelwertes cot aus,
der in einen Niedriggeschwindigkeitswert umgewandelt worden ist,und erzeugt hierdurch die Wellenformamplitudenwerte.
Ein Beispiel des Tonerzeugungsteils 27, der imstande ist, die Frequenzmodulation durchzuführen,
ist detailiert in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 wird die folgende Frequenzmodulationsrechnung unter Verwendung
eines einzigen Rechenschaltungssystems im Zeitmultiplexbetrieb ausgeführt:
e(t) =. E sin (wt + I sin k oit) .. (1).
Hierin sind e (t) die durch Frequenzmodulationsrechnung zu ermittelnde Amplitude der Tonwellenform, E ein Amplitudenkoeffizient,
d.h. ein Hüllkurvenformwert, üit
3H6000
der Phasenwinkel eines Trägers/I der Modulationsindex
und küit der Phasenwinkel einer Modulationswelle. Der
Phasenwinkelwert oot des Trägers entspricht dem von dem
"Akkumulator 32 (Fig. 5) ausgegebenen Phasenwinkelwert kF* und repräsentiert die Grundfrequenz des zu erzeugenden
Tons, k ist eine eingestellte Konstante und kort stellt eine Harmonischenfrequenz eines zu erzeugenden
Tones dar. Entsprechend der obigen Gleichung (1) werden zu beiden Seiten der Harmonischenfrequenz (kai) zahlreiche
Seitenbänder im Intervall der Grundfrequenz (ω) erzeugt, deren Amplituden durch den Modulationsindex I bestimmt
■ werden. Auf diese Weise wird eine Tonwellenform mit der gewünschten Spektralcharakteristik erz.eugt. Gemäß Fig. 8
erfolgt zuerst die Berechnung des Ausdrucks der Modulationswelle (I sin kü)t) und dann wird die Lösung der gesamten
Gleichung durch die Rechenschaltung unter Verwendung der Partiallösung des Ausdrucks der Modulationswelle (I sin kort) berechnet.
Gemäß Fig. 8 wird der von dem Register 42 gelieferte
Phasenwinkelwert oot einem Multiplizierer 46 und dem B-Eingang eines Selektors 47 zugeführt. Dieser Phasenwinkelwert
oat bleibt während einer Periode von der Hochgeschwindigkeitskanalzeit 7 in einem bestimmten Hochgeschwindigkeitszyklus
bis zur Hochgeschwindigkeitskanalzeit 6 im nächstfolgenden Hochgeschwindigkeitszyklus, d.h.
eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit, auf demselben Wert. Eine Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit ist im vergrößerten
Maßstab in Fig. 9 dargestellt. Im Multiplizierer 46 wird der numerische Wert k, der die Ordnung einer als
Modulationswelle zu benutzenden Harmonischenfrequenz dar-
3U6000 ·:<
25
stellt, mit dem Phasenwinkelwert cot multipliziert,um
den Phasenwinkelwert kü)t der Modulationswelle zu erzeugen.
Dieser Phasenwinkelwert kcot wird dem A-Eingang des Selektors 47 zugeführt. Der Selektor 47 empfängt
an seinem Steuereingang ein Selektionssignal Sa, das gemäß Fig. 9 in der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
1 auf "1" geht. Der Selektor 47 schaltet den seinem Α-Eingang zugeführten Phasenwinkelwert kort der
Modulationswelle, wenn das Selektionssignal Sa "1" ist/ und schaltet den seinem B-Eingang zugeführten Phasenwinkelwert
cot des Trägers durch, .wenn das Selektionssignal Sa "0"''ist.
Das Ausgangssignal des Selektors 47 wird einem Eingang eines Addierers 48 zugeführt. An den anderen
Eingang des Selektors 47 ist das Ausgangssignal eines Tores 49 gelegt. Ein Torsignal G1, das in der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
3 auf "1" geht, wird dem Steuereingang des Tores 49 zugeführt und das Aus-.gangssignal
eines Registers 50 wird dem Addierer 48 zugeführt, wenn das Torsignal G1 "1" ist. Das Ausgangssignal
des Addierers 48 wird einer Sinustabelle 51 zugeführt. Die Sinustabelle enthält Sinusfunktionswerte
in logarithmischer Form vorgespeichert und erzeugt die Sinusfunktionswerte, wobei das Ausgangssignal des
Addierers 48 als Phasenwinkel-Adressensignal benutzt wird. Das Ausgangssignal der Sinustabelle 51 wird
einem Register 52 zugeführt. Dieses empfängt an seinem Steuereingang einen Ladeimpuls La, der gemäß Fig. 9
jeweils am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 1 0 und am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 3 auf
"1" geht. Das Register 52 enthält das Ausgangssignal der Sinustabelle 51 gespeichert, wenn der Ladeimpuls
La auf "1" gegangen ist.
Demnach führt das Register 52 das Laden des Ausgangs- · signals der Sinustabelle 51 am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
1 durch. Da zu dieser Zeit der Selektor 47 den Phasenwinkelwert kcot an seinem A-Eingang
entsprechend dem Selektionssignal Sa, das "1"
ist, durchschaltet und das Torsignal· G1 "0" ist, ist der dem Addierer 48 zugeführte Wert null. Der Phasenwinkelwert
kü)t wird daher aus dem Addierer 48 ausgegeben und der Sinus funktionswert log sdn kcot der Modulationswelle wird in logarithmischer Form aus der Sinustabelle
51 ausgelesen. Dieses Ausgangssignal der Sinustabelle
51 wird einem Register 52 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Registers 52 wird einem Addierer 53 zugeführt, der an seinem anderen Eingang das Ausgangssignal
eines Selektors 54 empfängt. Der Selektor 54 empfängt an seinem Α-Eingang den Modulationsindex
1 und an seinem B-Eingang die Hüllkurvenformdaten E vom
Umsetzer 29 (Fig. 5). Es sei angenommen, daß beide Werte I und E in logarithmischer Form ausgedrückt sind,
d.h. als log I bzw. log E. Der Selektor 54 empfängt ferner an seinem Steuereingang ein Selektionssignal Sb,
das gemäß Fig. 9 in der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
2 auf "1" geht. Der Selektor 54 selektiert den Modulationsindex I (d.h. log I) an seinem Α-Eingang, wenn
dieses Selektionssignal Sb "1" ist und er selektiert den Hüllkurvenwert E (d.h. log E) wenn das Selektionssignal
Sb "0" ist. Der Addierer 53 führt durch. Addition der logarithmischer Werte eine im wesentlichen
lineare Multiplikation durch und liefert sein Ausgangssignal an einen Logarithmus/Linear-Umsetzer
55. Das Ausgangssignal· des Logarithmus/Linear-Umsetzers
55 wird einem Register 50 zugeführt, das an
seinem Steuereingang einen Ladeimpuls Lb empfängt, der gemäß Fig. 9 jeweils am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten
2 und 4 auf "1" geht. Das Register 50 speichert das Ausgangssignal des " Logarithmus /Linear-Umsetzers
55 ein, wenn dieser Ladeimpuls auf "1" geht.
Wenn der Ladeimpuls Lb am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 2 auf "1" gegangen ist, wird der Sinusfunktionswert (log sin kü)t) , der in das Register 52
am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 1 eingegeben worden ist, von dem Register 52 ausgegeben und als Antwort
auf das Selektionssignal Sb wird der Modulationsindex I am Α-Eingang des Selektors 54 durchgeschaltet.
Der Addierer 53 führt demnach die folgende Rechnung aus:
log I + log sin kmt = log (I sin kmt) (2)
und der Logarithmus/Linear-Umsetzer 55 gibt den Wert
I sin kü)t aus, der durch Umwandlung des Ausgangssignals
log (I sin kcot) des Addierers 33 entstanden ist. In das
Register 50 werden am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 2 gemäß Zeile Rb in Fig. 9 das Produkt (I sin
ktüt) der Modulationswelle und des Modulationsindex eingegeben.
Wenn das Torsignal G1 auf die Hochgeschwindig-' keits-Kanalzeit 3 übergeht, wird der in dem Register 50
gespeicherte Modulationswert (I sin kwt) über das Tor 49 auf den Addierer 48 rückgekoppelt. Das Selektionssignal
des Selektors 47 ist zu dieser Zeit "0", so daß der Phasenwinkelwert oit des B-Eingangs durchgeschaltet
wird. Der Addierer 48 führt daher die Rechnung
ωt + I sin kωt (3)
aus.
Aus der Sinustabelle 51 wird daher ein sinusförmiger Funktionswert ausgelesen, wobei die durch Gleichung
(3) ausgedrückte Summe als Phasenwinkelwert benutzt wird. Bei dem sinusförmigen Funktionswert handelt es
sich um ein frequenzmodulierendes Signal log sin (cat + I sin kü)t) in logarithmischer Form. Dieses
Signal wird in das Register 52 eingegeben, wenn der Ladeimpuls La am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
3 auf "1" geht.
Zur Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 4 ist das Selektionssignal Sb des Selektors 54 bereits auf "0" gegangen
und der Hullkurvenwellenformwert (log E) am B-Eingang ist durchgeschaltet worden, so daß dieser Wert (log E)
und das Frequenzmodulationssignal log sin (oit + I sin
kuit) von dem Addierer 53 addiert werden. Als Ergebnis
gibt der Addierer 53 den logarithmischen Ausdruck log E sin (at + I sin kü)t) des Produkts des Frequenz- ·
modulationssignals und des Hüllkurvenformwertes aus. Dieses Produkt wird von dem Logarithmus/Linear-Umsetzer
55 in einen linearen Ausdruck umgewandelt und danach in das Register 50 eingegeben, wenn der Ladeimpuls
Lb am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 4 auf "1" gegangen ist.
Wie Zeile Rb in Fig. 9 zeigt, gibt das Register 50 den Amplitudenwert E (t) = E sin (wt + I sin koit)
der Tonwellenform eines Kanals während einer Perioden-
3H6000
zeit von der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 5 bis zur
Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 2 des nächstfolgenden Hochgeschwindigkeits-Zyklus aus. Dieses Ausgangssignal
des Registers 50 wird einem Register 56 eines Umsetzers 30 (Fig. 5) der Hochgeschwindigke~its-Kanalzeiten
in Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten umsetzt, als Ausgangssignal des Tonerzeugungsteils 27 zugeführt.
Bei dem Umsetzer 30 handelt es sich um eine Schaltung zur Umsetzung der Kanalzeiten der für die jeweiligen
Kanäle im Zeitmultiplexbetrieb von dem Tonerzeugungsteil 27 ausgegebenen Kanalzeiten. Das Register 56 empfängt
an seinem Steuereingang einen Ladeimpuls L3, der gemäß Fig. 7 am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
8 auf "1" geht. Das Register 56 empfängt den von dem Tonerzeugungsteil 27 (Register 50 in Fig. 8) ausgegebenen
Tonwellenform-Amplitudenwert, wenn der Ladeimpuls L3 auf "1" geht. Zwischen der Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit
am Eingang des Tonerzeugungsteiles 27 (s. R2 in Fig. 7 und ort in Fig. 9) und der Kanalzeit am
Ausgang des Tonerzeugungsteils 27 (s.Rb in Fig. 9) existiert eine Verzögerung von etwa 6 Zeitfenstern der
Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten. Daher nimmt der Kanal des von dem Register 56 ausgegebenen Wertes durch Eingeben
der Tonwellenform-Amplitudenwerte der jeweiligen Kanäle in dieses Register 56 am Ende der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
8 in Abhängigkeit von dem Ladeimpuls L3 den in Fig. 7 dargestellten Zustand R3 an. In R3 in Fig.
7 entspricht das Intervall einer Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit einem Zyklus der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit.
Das Ausgangssignal des Registers 56 wird dem A-Eingang eines Selektors 57 zugeführt. Das Ausgangssignal
des Selektors 57 wird einem achtstufigen Schieberegister 58 zugeführt, das synchron mit den
Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten von dem Impulstakt φ» getaktet ist. Das Ausgangssignal des Schiebe--,
registers 58 wird auf den B-Eingang des Selektors 57 rückgekoppelt. Das Selektionssignal S2 des Selektors
57 ist ein Signal, das gemäß Fig. 7 in den jeweiligen Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten "1" wird, wie in
der Zeile R3 dargestellt ist, und zwar entsprechend einer Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit, die die gleiche
Nummer hat, wie die Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit. Wenn beispielsweise der Tonwellenform-Amplitudenwert
der Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit 8 aus dem Register 56 ausgegeben wird, geht das Signal S2 in der
Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 8 auf "1", wogegen dann, wenn der Tonwellenform-Amplitudenwert der
Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeit 1 ausgegeben wird, das Selektionssignal S2 in der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit
1 auf "1" geht. Der Selektor 57 schaltet das dem Α-Eingang zugeführte Ausgangssignal· des
Registers 56 durch, wenn das Selektionssignal· S2 "1" ist und er schaitet das an seinem B-Eingang anstehende
Ausgangssignal· des Schieberegisters 58 durch, wenn
das Seiektionssignal· S2 "0" ist.
Die von dem Register 56 im Zeitmuitipiexbetrieb als
Antwort auf die Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten (R3 in Fig. 7) ausgegebenen Tonwel·l·enform-Ampl·itudenwerte
der jeweiiigen Kanäie werden über den A-Eingang
des Seiektors 57 zu den entsprechenden Hochgeschwindigkeits-Kanaizeiten
ausgegeben. Die in das Schieberegister 58 eingegebenen Tonwellenform-Amplitudenwerte
der jeweiligen Kanäle werden über den B-
3U6000 -'·"'"
Eingang des Selektors 57 zirkulierend'festgehalten. Auf
die oben beschriebene Weise werden die Tonwellenform-Amplituden
wer te der jeweiligen Kanäle im Zeitmultiplexbetrieb entsprechend den jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten
von dem Register 58 ausgegeben. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 58 wird dem A-Eingang
eines Selektors 59 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Selektors 59 wird einem achtstufigen
Schieberegister 60 zugeführt, das von dem Impulstakt φ- des Systems getaktet ist und dessen Ausgangssignal
auf den B-Eingang des Selektors 59 rückgekoppelt ist. Der Selektor 59 empfängt an-seinem Steuereingang
das Übertragssignal CA1 vom Akkumulator 32A. Wenn dieses Übertragssignal CA1 "1" ist, wird das dem Α-Eingang des
Selektors 59 zugeführte Ausgangssignal des Schieberegisters 58 durchgeschaltet und in das Schieberegister
60 eingegeben, wogegen dann, wenn das Übertragssignal CAI "0" ist, das Ausgangssignal des Schieberegisters 60
über den B-Eingang des Selektors 59 zirkulierend festgehalten wird.
Der Selektor 59 und das Schieberegister 60 dienen zur Synchronisierung der Zeitsteuerung der Änderung der
Tonwellenform-Amplitudenwerte, die von dem Tonerzeugungsteil
27 durch Niedriggeschwindigkeits-Verarbeitung geliefert werden, mit den Zeitpunkten des Übertragssignals
CA1. Der Umsetzer 30 bewirkt nur die Umsetzung der Zeitmultiplex-Kanalzeiten
von dem Niedriggeschwindigkeitsbetrieb in den Hochgeschwindigkeitsbetrieb und steuert
nicht die zeitliche Änderung der Wellenform-Amplitudenwerte. Andererseits erfolgt die Zeitsteuerung des
Wechsels der Tonwellenform-Amplitudenwerte durch den Niedriggeschwindigkeits-Umwandlungsprozeß von dem
Umsetzer 28 zum Tonerzeugungsteil-27 durch Verschiebung
des Zeitpunkts des Wechsels der Phasenwinkelwerte qF*. Zur Kompensation dieses Schiebevorgangs werden die von
dem Schieberegister 58 ausgegebenen Amplitudenwerte von dem Übertragssignal CA1 abgetastet und in dem
Schieberegister 60 gespeichert. Das Übertragssignal CA1 wird synchron mit dem Zeitpunkt des Wechsels des
Phasenwinkelwertes qF* des jeweiligen Kanals erzeugt (Fig. 6). Durch neue Abtastung des Tonwellenform-Amplitudenwertes
durch das auf die oben beschriebene 5 Weise mit der Abtastfrequenz harmonisierte Übertragssignal CA1 können die Tonfrequenzen der Tonwellenform-Amplitudenwerte
der jeweiligen Kanäle, die im Zeitmultiplexbetrieb von dem Schieberegister 60 ausgegeben
werden, exakt mit der Abtastfrequenz harmonisiert werden. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 60
wird einem Akkumulator 23 zugeführt/ wo die Tonwellenform-Amplitudenwerte aller Kanäle für eine Abtastperiode
aufsummiert werden. Die Summe wird während einer Abtastperiode in einem Register 24 gespeichert
und danach von einem Digital/Analog-Umsetzer 25 in ein Analogsignal umgesetzt, das einem Klangsystem zum
Abstrahlen des Tones zugeführt wird.
Die Umsetzer 28 und 29, die Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten
in Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten umwandeln, können lediglich aus den Registern 42 und 45
bestehen. In diesem Fall erfolgt die Zeitsteuerung der Erzeugung des Ladeimpulses .L2 unterschiedlich von der
in Fig. 7 dargestellten Art. Im einzelnen ist die Schaltung derart ausgebildet, daß der in Fig. 7 am Ende
der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeit 6 in den jeweiligen
Zyklen CY1, CY2,... (d.h. mit einer Periodendauer von 8 Zeitfenstern erzeugte) Ladeimpuls
L2 mit einer Periodendauer von 9 Zeitfenstern erzeugt wird. Durch diese Verarbeitung kann der
Phasenwinkelwert qF* abgetastet werden, wobei der Kanal gemäß 1,2,3,4 ... alle neun Zeitfenster um
einen Kanal weitergeschoben wird, so daß die Daten der jeweiligen Kanäle mit einer Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitsteuerung,
die ein Intervall von 9 Zeitfenstern hat, aufgeteilt werden können. In diesem
Fall ist jedoch die Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeitsteuerung nicht in Übereinstimmung mit einem Zyklus
(8 Zeitfenster) der Hochgeschwindigkeits-Kanalzeitsteuerung und die Intervallstruktur des Tonerzeugungsteils
27 oder die Konstruktion des Umsetzers 30 für Hochgeschwindigkeits-Kanalzeiten in Niedriggeschwindigkeits-Kanalzeiten
wird komplizierter.