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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
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Ein bekanntes Musikinstrument dieser Art (GB-OS) 20 50 669) weist eine Steuerdaten-Einstellschaltung zum Einstellen unterschiedlicher Tonparameter, wie Klangfarbe, Lautstärke, Chorbereich, Vibrato u. dgl. auf. Die Steuerdaten-Einstellschaltung liefert Steuerdatensignale über ein Register und einen Dekodierer an eine Tongeneratorschaltung, in der Tondaten entsprechend den vom Tastenschaltkreis vorgegebenen Tonhöhen und mit den durch die Steuerdatensignale vorgegebenen Eigenschaften erzeugt werden. Ferner ist eine Gruppen-Einstelltafel vorgesehen, an der bestimmte Kombinationen von Toneffekten jeweils durch einen einzigen Tastendruck ausgewählt werden können. Bei dem bekannten elektronischen Musikinstrument besteht die Schwierigkeit, daß eine Änderung der an der manuellen Steuerdaten-Einstellschaltung eingestellten Steuerdaten um einen relativ großen Betrag zu einer abrupten Änderung des Tonsignals führt. Hierdurch ergeben sich unerwünschte Nebengeräusche, z. B. in Form von Klicken. Ferner ergibt sich in dem Fall, daß die jeweiligen Toneigenschaften durch eine Gruppe voreingestellter Steuerdaten bestimmt werden, eine relativ starke Veränderung des gesamten Steuerdatensignals, wenn die Gruppe der Steuerdaten während des Spieles wechselt. Dies führt zu ähnlichen Nebengeräuschen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Musikinstrument nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem abrupte Änderungen der Toneigenschaften bei Veränderung der eingestellten Werte für die Tonsteuerdaten vermieden werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß einer ersten Variante der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.
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Nach der Erfindung erfolgen die Veränderungen der eingestellten Werte der Tonsteuerdaten für die Tonfarbe, die Tonstärke, die Tonhöhe, die Zeit, tonale Effekte usw. durch schrittweise oder kontinuierliche Angleichung. Hierzu sind Interpolationsschaltungen mit der Steuerdaten- Einstelleinrichtung verbunden, um mindestens eines der ausgegebenen Steuerdatensignale zu empfangen und in dem Fall, daß der Wert des empfangenen Signales sich von einem ersten auf einen zweiten Wert verändert, einen Interpolationswert zu erzeugen, der sich in einer Übergangsphase von dem ersten Wert zu dem zweiten Wert verändert. Das Interpolationssignal und die anderen Steuerdatensignale, die nicht der Interpolation unterzogen worden sind, werden gemeinsam dem Tongenerator zugeführt.
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Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung erfolgt die Lösung der oben genannten Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2. Hiernach ist der Tongeneratorschaltung eine Dämpfungsschaltung nachgeschaltet, die in dem Fall, daß ein Steuerdatensignal sich ändert, das Ausgangssignal der Tongeneratorschaltung in zeitlich fließendem Übergang dämpft und anschließend die Dämpfung wieder aufhebt. Auf diese Weise wird ein abrupter Übergang von dem ersten Wert des Steuerdatensignals zu dem zweiten Wert vermieden. Vielmehr wird die Funktion des betreffenden Steuerdatensignals, das sich ändert, im Übergangsbereich zurückgenommen und anschließend mit dem zweiten Wert wieder neu erzeugt.
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Die Interpolationsschaltung bzw. die Dämpfungsschaltung bewirkt vorzugsweise die Interpolation oder Dämpfung für bestimmte Datenarten, für die eine abrupte Änderung des eingestellten Wertes unerwünscht ist, während andere Steuerdaten, die ebenfalls in der Gruppe der Steuerdatensignale enthalten sind, unverändert bleiben. Die speziellen Arten der durch gleitenden Übergang zu steuernden Daten sind diejenigen, deren Wert selektiv auf einen von zahlreichen Werten eingestellt werden kann, z. B. die Tonstärkeneinstellung für jede Tonfarbe, die Tonstärkeneinstellung für jeden Chorbereich (Fußbereich), die Tonbalance zwischen den jeweiligen Tastaturen, die Gesamttonstärkeneinstellung, die Tonstärkeneinstellung für jeden tonalen Effekt und die Steuerfaktoren, wie beispielsweise Zeit und Tonhöhe für jeden tonalen Effekt. Die Erfindung kann ebenfalls bei solchen Musikinstrumenten angewandt werden, bei denen Tonfarbe und tonale Effekte durch selektive Umschaltung zwischen zwei Zuständen EIN und AUS eingestellt werden. Auch in diesem Fall werden abrupte Änderungen der Tonstärke, Tonfarbe und der tonalen Effekte verhindert. Als Interpolationsfunktion kann beispielsweise eine logarithmische Funktion oder eine lineare Funktion benutzt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung nach Patentanspruch 1 sind in den Unteransprüchen 3 und 4 angegeben.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus des elektronischen Musikinstrumentes,
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Fig. 2 ein Blockschaltbild des Tongenerators,
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Fig. 3 ein Blockschaltbild der Interpolationsschaltung des Tongenerators,
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Fig. 4 eine graphische Darstellung der durch die Interpolationsschaltung nach Fig. 3 durchgeführten Interpolation,
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Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Interpolationsschaltung,
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der durch die Interpolationsschaltung nach Fig. 5 durchgeführten Interpolation und
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Fig. 7 ein Schaltbild der Dämpfungsschaltung aus Fig. 2.
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In Fig. 1 bilden eine Einstelltafel 10 und eine Steuerschaltung 12, die jeweils einen Satz Steuersignale SSD zeitlich in Serie an die Steuertafel 10 liefert, zusammen mit einer Gruppen-Einstellschaltung 11 die Steuerdaten- Einstellschaltung 10, 11, 12. Die Einstelltafel 10 enthält verschiedene manuelle Bedienungselemente zum individuellen Selektieren oder Einstellen verschiedener Toneigenschaften, wie z. B. der Tonfarbe, der Tonstärke, eines Spieleffektes usw., Schaltungen zum Umwandeln serieller Steuersignale SSD in parallele Signale und zum Zuführen dieser parallelen Signale zu den manuellen Stellgliedern sowie Schaltungen zum Umwandeln von Rückmeldesignalen, die von den manuellen Stellgliedern ausgegeben werden, in serielle Signale und zur Ausgabe dieser Signale als serielle Steuersignale SD. Die manuellen Stellglieder sind imstande, die Steuersignale SD entweder durch selektive Modifizierung oder ohne Modifizierung der jeweiligen Steuerdaten SSD einzustellen. Die Einstelltafel 10 enthält Schalter zum automatischen Einstellen der Signalzustände der jeweiligen manuellen Stellglieder auf bestimmte Signalzustände. Diese Signalzustände werden durch den Satz der Steuersignale SD repräsentiert. Die Steuerschaltung 12 liefert mehrere Sätze von Steuersignalen in digitaler Form, welche jeweils die Toneigenschaften der von einem Tongenerator 14 zu erzeugenden Tonsignale angeben, und gibt in zeitlich serieller Form einen Satz Steuerdatensignale SD aus, die an der Einstelltafel 11 bezeichnet worden sind.
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Der Tastenschaltkreis 13 enthält Tastenschalter für die jeweiligen Tasten der Tastatur und liefert Tastenwörter der gedrückten Tasten an den Tongenerator 14. Im Falle eines polyphonen Musikinstrumentes hat der Tongenerator 14 Kanäle in einer Anzahl, die gleich der Maximalzahl der gleichzeitig zu erzeugenden Töne ist, und die Tastenwörter der gedrückten Tasten werden jeweils einem dieser Kanäle für die Tonerzeugung zugeordnet. Die seriellen Steuerdatensignale SD, die von der Steuertafel 11 ausgegeben werden, werden über die Steuerschaltung 12 dem Tongenerator 14 zugeführt. Der Tongenerator 14 erzeugt Tonsignale, deren Tonhöhen (Noten) jeweils den gedrückten Tasten entsprechen und deren Toneigenschaften durch die Steuerdatensignale SD bestimmt werden. Die von dem Tongenerator 14 ausgegebenen Tonsignale werden einem Klangsystem 15 zugeführt.
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In dem Tongenerator 14, der in Fig. 2 dargestellt ist, werden die Steuerdatensignale SD, die an seriellen 64-Bit-Daten bestehen, einem 64stufigen 1-Bit-SIPO- Register 91 (Schieberegister zur Serien-parallel-Umwandlung) zugeführt. Die Ausgangssignale sämtlicher Stufen des SIPO-Registers 91 werden parallel einem Register 92 zugeführt. Andererseits wird ein Ereignissignal EVNT, das angibt, daß eine Änderung im Steuerdatensignal eingetreten ist, dem Setzeingang S eines RS-Flip-Flops 93 zugeführt. Das Zeitsteuersignal SY 63, dessen Frequenz einem Zyklus von 64 Impulsen des Systemimpulstaktes Φ und dessen Dauer einem Impuls des Systemtaktes entspricht, wird an die Rücksetzeingänge des Flip-Flops 93 und eines Flip-Flops 95 gelegt und ferner den UND-Toren 94 und 96 zugeführt. Wenn irgendein Bit des seriellen Steuerdatensignals SD sich ändert, geht das Ereignissignal EVNT in demjenigen Zeitfenster auf "1", der diesem Bit entspricht, und das Flip-Flop 93 wird gesetzt. Zum Zeitpunkt des nächstfolgenden Zeitsteuersignals SY 63 wird das Flip-Flop 95 gesetzt und zum Zeitpunkt eines weiteren Zeitsteuersignals SY 63 geht das Ausgangssignal des UND-Tors 96 auf "1". Das Ausgangssignal dieses UND-Tors 96 wird einem Ladesteuereingang L des Registers 92 zugeführt.
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Wenn die Speicherzustände in den Speicherschaltungen (18, 42 und 57) der Einstelltafel 10 sich ändern, werden die Daten des neuen Zustandes nach dem Wechsel aus dem SIPO-Register 91 in das Register 92 überführt.
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Ein Teil der aus 64 Bits bestehenden Steuerdaten, die in dem Register 92 gespeichert sind, wird über die Interpolationsschaltungen 97 A, 97 B . . . 97 N einer Tongeneratorschaltung 98 zugeführt und der verbleibende Teil der Tonsteuerdaten wird der Tongeneratorschaltung 98 direkt zugeführt. Die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N sind für diejenigen Daten vorgesehen, die in kleinen Schritten eingestellt werden können, z. B. die Tonstärke. Die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N sind beispielsweise für die Einstelldaten der Tonstärke oder der Tonstärkenbalance für die jeweiligen Tonfarben vorgesehen, z. B. für die Flötenstimme des 16-Fuß-Registers (F 16&min;) und die Flötenstimme des 8-Fuß-Registers (F 8&min;). Wenn die Einstelldaten der Tonfarbe oder der Tonstärke sich ändern, dienen diese Interpolationsschaltungen 97 A -97 N dazu, den Übergang zwischen dem Niveau vor der Änderung und dem Niveau nach der Änderung durch Interpolation zu glätten und einen abrupten Wechsel des eingestellten Niveaus zu mildern, wodurch Klickgeräusche vermieden werden.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N, um den Übergang von dem Niveau vor dem Wechsel und dem Niveau nach dem Wechsel durch logarithmische Interpolation zu gestalten. Ein Ausgangsregister 99 steuert den Amplitudenwert X1 (der gegenwärtigen Amplitude), die der Tongeneratorschaltung 98 zugeführt werden. Wenn ein neues Steuerdaten-Einstellsignal X2 zunächst von dem Register 92 (Fig. 2) zugeführt wird, repräsentiert der Amplitudenwert X1 dieses Ausgangsregisters 99 die Amplitude vor dem Wechsel. Ein Subtrahierer 100 führt die Subtraktion "X1-X2" aus und eine Schiebestellung 101 verschiebt die Differenz "X2-X1", um sie maßstäblich auf einen kleineren Wert &udf53;np30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;zu verkleinern. Ein Addierer 102 addiert den von der Schiebeschaltung 101 ausgegebenen kleinen Wert zu dem Amplitudenwert X2 und das Additionsergebnis wird zum Zeitpunkt des nächsten Impulses des Systemimpulstaktes Φ in das Register 99 eingegeben. Wie Fig. 4 zeigt, hat die Differenz zwischen den Amplitudenwerten X1 und X2 ihr Maximum unmittelbar nach dem Wechsel der Amplitudenwerte, so daß der von dem Schieberegister 101 dem Addierer 102 zugeführte kleine Wert relativ groß ist. Der Wert von X1 verändert sich unter Zeitsteuerung durch den Impulstakt Φ und nähert sich dem Wert X2 um den von der Schiebeschaltung 101 gelieferten kleinen Wert an. Da die Differenz zwischen den Werten X1 und X2 immer kleiner wird, wird der dem Addierer 102 von der Schiebeschaltung 101 zugeführte kleine Wert ebenfalls kleiner, so daß die Änderungsrate des Wertes X1 kleiner wird. Auf diese Weise ändert sich der Amplitudenwert X1, der von dem Register 99 ausgegeben wird, derart, daß die Lücke zwischen dem Amplitudenwert vor dem Wechsel und dem Amplitudenwert X2 nach dem Wechsel durch logarithmische Interpolation geschlossen wird. Wenn der Wert X1 schließlich gleich dem Wert X2 geworden ist, sind die Ausgangssignale sowohl des Subtrahierers 100 als auch der Schiebeschaltung 101 "0" geworden und der Amplitudenwert X1, der nun gleich dem Amplitudenwert X2 ist, wird zirkulierend gespeichert und in dem Addierer 101 und dem Register 99 festgehalten. Wenn der Amplitudenwert X2 kleiner ist als der Amplitudenwert X1, wird das Ausgangssignal des Subtrahierers 100 negativ. In diesem Fall führt der Addierer 102 eine Subtraktion aus.
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Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Interpolationsschaltungen 97 A-97N, mit denen der Übergang zwischen der Amplitude vor dem Wechsel und der Amplitude nach dem Wechsel linear überbrückt wird. Der von dem Aufwärts/Abwärts-Zähler 103 ausgegebene Amplitudenwert X1 wird der Tongeneratorschaltung 98 zugeführt. Ein Komparator 104 vergleicht den von dem Register 94 (Fig. 2) gelieferten Amplitudenwert X2 mit dem Amplitudenwert X1 und liefert an das UND-Tor 105 ein "1"-Signal, wenn der Wert X2 kleiner ist als der Wert X1, d. h. die Amplitude ändert sich in Richtung auf den kleineren Wert, und er liefert an das UND-Tor 106 ein "1"-Signal, wenn der Wert X2 größer ist als der Wert X1, d. h. die Amplitude ändert sich in Richtung auf den größeren Wert. Nach dem Öffnen des UND-Tors 105 durch das "1"-Signal vom Komparator 104 wird ein niedrigfrequenter Impulstakt LFO an den Abwärtszähleingang D eines Zählers 103 gelegt, wodurch der Wert X1 sich schrittweise und mit konstanter Geschwindigkeit auf den Wert X2 verringert. Nach dem Öffnen des UND-Tors 106durch das "1"-Signal vom Komparator 104 wird der niederfrequente Impulstakt LFO an den Aufwärtszähleingang U des Zählers 103 gelegt, wodurch der Wert X1 sich schrittweise auf den Wert X2 verändert. Wenn der Wert X1 schließlich gleich dem Wert X2 wird, werden die UND-Tore 105 und 106 gesperrt, so daß der Zähler 103 angehalten wird und unter Beibehaltung des Zustandes X1 = X2 seinen Zählvorgang beendet. Fig. 6 zeigt ein Beispiel der linearen Interpolation im Falle von X2 > X1.
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Die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können auch andere Formen annehmen. Beispielsweise kann ein Festwertspeicher ROM verwendet werden, in dem eine entsprechende Interpolationsfunktion gespeichert ist, nach der die Interpolation durchgeführt wird.
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Die Tongeneratorschaltung 98 gibt ein Tonsignal aus, dessen Tonhöhe durch die am Tastenschaltkreis 13 (Fig. 1) gedrückte Taste bestimmt wird. Dieses Tonsignal wird hinsichtlich der Tonhöhe, Tonfarbe, Tonstärke u. dgl. durch die von dem Register 92 und den Interpolationsschaltungen 97 A -97 N gelieferten Tonsteuerdaten gesteuert. In dieser Tongeneratorschaltung kann ein beliebiges Tongeneratorsystem verwandt werden. Die Tongeneratorschaltung 98 enthält Schaltungen, die verschiedene Musikeffekte hervorrufen, z. B. eine Schaltung für das automatische Rhythmusspiel.
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Da der Wert der Tonstärke der Tongeneratorschaltung 98 über die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N zugeführt wird, hat ein abrupter Wechsel der eingestellten Amplitude an der Einstelltafel 10 oder eine Umschaltung an der Gruppen-Einstelltafel 11 keinen entsprechend abrupten Wechsel der Tonstärke zur Folge. Diese ändert sich vielmehr kontinuierlich und glatt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Amplitudenwerte, die durch die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N verarbeitet werden, nicht notwendigerweise Tonstärken sein müssen, sondern daß es sich auch um andere Amplitudendaten handeln kann, bei denen ein abrupter Wechsel unerwünscht ist und die diese Interpolationsschaltungen durchlaufen.
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In dem Fall, daß die Tongeneratorschaltung 98 ein digitalisiertes Tonsignal erzeugt, wird ihr Ausgangssignal einem Digital/Analog-Umsetzer DAC 107 zur Umwandlung in ein Analogsignal zugeführt. Dieses analoge Tonsignal wird über eine Dämpfungsschaltung 108 dem Klangsystem 15 (Fig. 1) zugeführt.
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Die Dämpfungsschaltung 108 dient generell demselben Zweck wie die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N. Sie bewirkt eine zeitliche Verringerung der Tonstärke, wenn sich die an der Stelleinheit eingestellte Tonstärke in bezug auf irgendeine der Stelleinheiten der Einstelltafel 10, für die ein abrupter Wechsel des eingestellten Wertes den Ton nachteilig beeinflußt, verändert. Das Ereignissignal EVNT und ein vom Systemimpulstakt Φ abgeleitetes Dämpfungszeitsteuersignal SYM werden einem UND-Tor 109 zugeführt und wenn dessen Ausgangssignal auf "1" geht, beginnt die Dämpfungsschaltung 108 mit dem Dämpfungsvorgang. Das Dämpfungszeitsteuersignal SYM wird synchron mit einem der 64-Bit-Zeitfenster des seriellen Steuerdatensignals SD erzeugt, d. h. es geht in diesem Zeitfenster auf "1". Das betreffende Zeitfenster ist dem Einstellwert einer Stelleinheit zugeordnet, für die ein abrupter Wechsel des eingestellten Zustandes den Ton nachteilig beeinflussen würde. Beispielsweise handelt es sich um die Stelleinheit zur Einstellung der Tonstärke für jede einzelne Tonfarbe oder um die Stelleinheit zum Einstellen der Tonstärkenbalance. Das Ereignissignal EVNT wird, wie oben beschrieben, synchron mit dem Zeitfenster für dasjenige Bit aus dem aus 64 Bits bestehenden Signal SD erzeugt, dessen Wert sich verändert hat. Wenn demnach der eingestellte Zustand der Stelleinheit, bei der ein abrupter Wechsel den Ton beeinträchtigen würde, auch nur eine geringfügige Änderung erfährt, öffnet das UND-Tor 109 und die Dämpfungsoperation der Dämpfungsschaltung wird ausgeführt.
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Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Dämpfungsschaltung 108. Das Ausgangssignal eines UND-Tors 109 wird einem Rücksetz-Start-Eingang eines Zeitgliedes 110 zugeführt. Wenn das UND-Tor 109, wie oben beschrieben, durchschaltet und sein Ausgangssignal auf "1" geht, wird das Zeitglied 110 in seinen Anfangszustand zurückgesetzt und startet die Zeitzähloperation. Das Zeitglied 110 gibt während einer bestimmten Zeitspanne vom Start der Zeitzähloperation ein "1"-Signal aus. Ein Kondensator 111 ist normalerweise aufgeladen und wird über einen Widerstand 113 entladen, wenn ein FET-Tor 112 von dem Ausgangssignal "1" des Zeitgliedes 110 angesteuert wird. Wenn das Ausgangssignal des Zeitgliedes 110 auf "0" gegangen ist, sperrt das FET-Tor 112 und der Kondensator 111 wird über den Widerstand 114 aufgeladen. Das von dem Digital/Analog-Umsetzer 107 ausgegebene analoge Tonsignal wird über das FET-Tor 115 dem Klangsystem 15 zugeführt. Dieses FET-Tor 115 wird entsprechend der Spannung am Kondensator 111 gesteuert.
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Wenn demnach der Stellzustand der Steuerdaten-Einstellschaltung 10, 11, 12, für die ein abrupter Wechsel des Stellzustandes den Ton beeinträchtigen würde, verändert wird, wird das Tonsignal entsprechend der Kurvenform der Entladung des Kondensators 111 während einer bestimmten Zeitspanne der an dem Zeitglied 110 eingestellten Zeit glatt und kontinuierlich gedämpft und steigt danach entsprechend der Auflade-Kurvenform des Kondensators 111 glatt an.
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Wenn die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N nicht vorgesehen sind, erzeugt die Tongeneratorschaltung 98 ein von einem Klickgeräusch begleitetes Tonsignal, wenn ein abrupter Wechsel des an irgendeiner der Stelleinheiten eingestellten Wertes auftritt. Das Tonsignal wird jedoch über die Dämpfungsschaltung 108 durch die Operation des Zeitgliedes 110 gedämpft oder abgeschwächt, so daß das von einem Klicken begleitete Tonsignal nicht abgestrahlt wird. Da die Interpolationsschaltungen 97 A -97 N und die Dämpfungsschaltung 108 zur Erreichung desselben Zieles dienen, genügt es, eine von ihnen vorzusehen.
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Die Toneigenschaften, die durch die Interpolationsschaltungen 97 A-97 N und die Dämpfungsschaltung 108 beeinflußt werden, sind nicht auf solche Daten beschränkt, für die eine Einstellung der Amplitude in mehreren Stufen möglich ist, sondern es kann sich auch um Werte handeln, die sich zwischen zwei Zuständen, z. B. den Zuständen EIN und AUS verändern. Beispielsweise kann das Auftreten von Klickgeräuschen beim Einschalten oder Abschalten einer Tonfarbe wirksam verhindert werden. Die Dämpfungsschaltung 108 kann so aufgebaut sein, daß sie durch Betätigung eines Schalters an der Einstelltafel 11 in Funktion gesetzt wird.
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In dem Fall, daß ein Ton in mehreren Systemen erzeugt werden soll, kann die Dämpfungsschaltung 108 in jedem dieser Systeme vorgesehen sein und nur die Dämpfungsschaltung 108 in demjenigen System, das der manuellen Stelleinheit entspricht, deren Einstellzustand verändert worden ist, wird in Funktion gesetzt.