DE1139726B

DE1139726B - Process for electronic sound modification

Info

Publication number: DE1139726B
Application number: DES56982A
Authority: DE
Inventors: Helmut Quandt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-02-17
Filing date: 1958-02-17
Publication date: 1962-11-15

Description

Verfahren zur elektronischen Klangveränderung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Klangveränderung natürlicher Klänge. Für die elektronische Klangerzeugung sind bereits zahlreiche Vorschläge bekannt geworden. Hierzu gehören beispielsweise die Hammond-Orgel, die Welte=Lichttonorgel, das Trautwein-Trautonium, das Sala-Mixturtrautonium, das Bode-Melochord und ferner die Verfahren von Theremin, Marteno,t, Meyer-Eppler,Fleteher,A.A.Maaren und E:L.Ken.t. Bei diesen älteren Verfahren ist es möglich, den Klang in weiten Grenzen zu verändern. Die Möglichkeit für Änderung der Ein- und Ausschwingzeiten ist jedoch gering bzw: lassen sich diese nicht schnell genug von Klang zu Klang verändern. Dies bedeutet eine gewisse Monotonität, die bei allen zur Zeit bekannten elektronischen Klangerzeugern unangenehm in Erscheinung tritt und sie den mechanischen Musik= instrumenten nicht gleichartig an die Seite treten läßt.Method for electronic sound modification The invention relates to a process for the electronic sound modification of natural sounds. For the electronic Numerous proposals have already become known for sound generation. These include For example the Hammond organ, the Welte = optical sound organ, the Trautwein Trautonium, the Sala-Mixturtrautonium, the Bode-Melochord and also the Theremin procedures, Marteno, t, Meyer-Eppler, Fleteher, A.A. Maaren and E: L.Ken.t. In these older procedures it is possible to change the sound within wide limits. The opportunity for change however, the settling and settling times are short or not fast change enough from sound to sound. This implies a certain monotony that unpleasant in appearance with all currently known electronic sound generators and they do not stand by the side of the mechanical musical instruments in the same way lets step.

Die Erfindung hat sich als Abhilfe dieser Mängel die Aufgabe gestellt; bei einem bekannten natürlichen Klangerzeuger elektronische Klänge hinzuzumischen. Dies kann unter Umständen so weit durchgeführt werden, daß der elektronische Anteil des Gesamtklanges dem Hörer nicht mehr bewußt wird. Es kann dazu dienen, den natürlich erzeugten Klang des Instrumentes in den Tonlagen zu stützen, in denen die Abstrahlung nicht mehr befriedigt. Nach einem weiteren Gedanken kann auch eine Transponierung in eine tiefere Frequenzlage den Anwendungsbereich einiger Instrumente erheblich erweitern.The invention has set itself the task of remedying these deficiencies; to mix in electronic sounds in a known natural sound generator. Under certain circumstances, this can be carried out so far that the electronic part the listener is no longer aware of the overall sound. It can serve that of course generated sound of the instrument to support in the pitches in which the radiation no longer satisfied. After a further thought, a transposition can also be used in a lower frequency range the scope of some instruments considerably expand.

Für die Sprachübertragung ist der Vocoder bekannt, bei dem die von einem Mikrophon aufgefangenen Schallwellen in elektrische Wechselströme umgewandelt und einem Frequenzmesser und gleichzeitig einer Reihe von Bandfiltern zugeführt werden. Der Frequenzmesser stellt die Anwesenheit und Höhe des Grundtones fest und gibt seine Messung in Form eines mit der Höhe des Grundtones schwankenden Gleichstroms weiter, wobei etwa noch vorhandene höherfrequente Komponenten durch einen Tiefpaß zurückgehalten werden. Die Bandfilter, deren Breite bei etwa 300 Hz liegt, überdecken den für Sprachübertragungen wichtigen Frequenzbereich bis 3000 Hz lückenlos. Gleichrichter und anschließende Tiefpässe lassen Gleichstöme entstehen, deren zeitlicher Verlauf dem Verlauf der spektralen Sprachenergie in den einzelnen Filtern proportional ist. Diese Gleichströme werden, zusammen mit dem vom Frequenzmesser stammenden Gleichstrom, zur Steuerung eines wiedergabeseitigen Sprachgenerators verwendet, der entsprechende, Filter mit den gleichen Durchlaßbereichen wie auf der Aufnahmeseite und ferner einen Impuls- und Rauschgenerator enthält. Durch ein aus dem Tonhöhenkanal gespeistes Relais wird eine Umschaltung zwischen stimmhaft und stimmlos vorgenommen. Ist ein Grundton vorhanden, dann tritt der Impulsgenerator in Tätigkeit; seine Tonhöhe Wird durch die im Tonhöhenkanal vorhandene Spannung, die ja der aufnahmeseitigen Tonhöhe entspricht, bestimmt. Zwischen den Filtern und dem Lautsprecher sind Modulatoren angeordnet, die eine Steuerung des die Filter verlassenden tonfrequenten Wechselstromes nach Maßgabe der in den einzelnen Spektralkanälen vorhandenen Gleichspannungen vornehmen. Die im Lautsprecher entstehenden Schallschwingungen entsprechen deshalb in ihrer spektralen Zusammensetzung weitgehend den aufnahmeseitig zugeführten, doch tritt natürlich infolge der Mittelung über die Bandbreite der Filter eine gewisse Vergrößerung ein. Während es bei der Telephonie darauf ankommt, daß die Sprache auf der Aufnahmeseite sich möglichst wenig von der Sprache auf der Wiedergabeseite unterscheidet, kann es von wissenschaftlichem Interesse sein, die Veränderungen zu verfolgen, die entstehen, wenn die Gleichspannungen von der Aufnahmeseite nicht den entsprechenden Stellen der Wiedergabeseite zugeführt werden. Auf diese Weise kann man beispielsweise mit dem Vocoder aus einer Sopranstimme eine Baßstimme machen, stimmhaft gesprochene Sprache stimmlos, d. h. als Flüsterstimme erklingen lassen, Sprache in Gesang verwandeln und umgekehrt. Eine interessante Anwendung hat der Vocoder auf der Bühne gefunden. Während es mit den üblichen mechanisch-akustischen Hilfsmitteln nur in sehr unvollkommener Weise gelingt, geisterhafte und überirdische Stimmen zu: realisieren, kann man mit Hilfe des Vocoders- eine -Stimme tiefer als der tiefste Baß und höher als der höchste Diskant sprechen lassen. Höllisches Gelächter nach Noten, sprechende Esel und ein- in- verständlichen Sätzen heulender Sturm werden zu leicht - erfüllbaren =Regiewünschen.The vocoder is known for speech transmission, in which the Sound waves picked up by a microphone are converted into electrical alternating currents and a frequency meter and simultaneously fed to a series of band filters will. The frequency meter determines the presence and height of the fundamental tone and gives its measurement in the form of a direct current that fluctuates with the pitch of the fundamental further, with any higher-frequency components still present through a low-pass filter be held back. The band filters, the width of which is around 300 Hz, cover the frequency range up to 3000 Hz, which is important for voice transmissions, without any gaps. Rectifier and subsequent low-pass filters give rise to direct currents and their temporal progression is proportional to the course of the spectral speech energy in the individual filters. These direct currents, together with the direct current from the frequency meter, used to control a speech generator on the playback side, the corresponding, Filters with the same transmission ranges as on the receiving side and also one Includes pulse and noise generator. By one fed from the pitch channel Relay a switch is made between voiced and unvoiced. Is a The keynote is present, then the pulse generator comes into action; its pitch will due to the tension in the pitch channel, which is the pitch on the recording side corresponds, determined. There are modulators between the filters and the loudspeaker arranged that a control of the audio-frequency alternating current leaving the filter in accordance with the DC voltages present in the individual spectral channels. The sound vibrations arising in the loudspeaker therefore correspond in their spectral composition largely the input side, but occurs naturally a certain increase due to the averaging over the bandwidth of the filters a. While with telephony it is important that the language on the receiving side differs as little as possible from the language on the playback side it will be of scientific interest to track the changes that occur if the DC voltages from the receiving side do not have the appropriate points can be fed to the playback side. In this way you can, for example, with turn a soprano part into a bass part with the vocoder, voiced spoken Speech voiceless, d. H. Let it sound like a whisper, turn speech into song and vice versa. The vocoder has an interesting application on the Found stage. While it is with the usual mechanical-acoustic aids ghostly and unearthly voices succeed only in a very imperfect way to: realize, with the help of the vocoder you can - one voice lower than the lowest Let bass and higher than the highest treble speak. Hellish laughter after Notes, talking donkeys, and understandable sentences, howling storms become too easy to fulfill = director's wishes.

Während beim Vocoder das ursprüngliche Klangbild verlorengeht, da es bestimmungsgemäß nicht mit übertragen wird; Erfindung in einer geeigneten Zumischung der elektronisch erzeugten Klanganteile zu den ursprünglichen Klängen, so daß eine vollkommenere Lösung der gestellten Aufgabe der elektronischen Klangveränderung natürlicher Klänge erzielt wird. = Gemäß der Erfindung wird von einem auf natürlichem Wege von einem Musikinstrument erzeugten Klang der Grundton abgetrennt. Aus. ihm wird eine Impulsfolge gleicher Frequenz erzeugt, oder bei Klangtransponierung mittels Frequenzteiler oder Vervielfacher in ein bestimmtes Verhältnis zu diesen gebracht, und darauf werden nach selektiver Verstärkung der Impulse in Förmantverstärkern Oberschwingungen aus der Impulsfolge ausgesiebt und in regelbaren Amplituden dem ursprünglichen Klang mittels einer aus dem ursprünglichen Klang gewonnenen Regelspannung dosiert zugemischt.While with the vocoder the original sound image is lost, there it is not transferred as intended; Invention in a suitable admixture of the electronically generated sound components to the original sounds, so that a more perfect solution to the problem of electronic sound modification natural sounds is achieved. = According to the invention is made by one on natural The fundamental tone is separated from the sound produced by a musical instrument. The end. him a pulse sequence of the same frequency is generated or, in the case of sound transposition, by means of Frequency divider or multiplier brought into a certain ratio to these, and then after selective amplification of the pulses in formant amplifiers Harmonics filtered out of the pulse train and dem in adjustable amplitudes original sound by means of a control voltage obtained from the original sound dosed mixed in.

Durch einen bistabilen Multivibrator (Flip-Flop) oder durch ähnliche Frequenzteilung ist es möglich, jeden zweiten Impuls auszulassen und damit die Impulsfolgefrequenz zu halbieren. Dies entspricht einer Transponierung des --elektronisch erzeugten Klanganteiles um eine Oktave nach tieferen Frequenzen. Das Verfahren kann mehrfach wiederholt werden. Durch Auswahl eines jeden dritten, vierten, fünften usw. Impulses können Impulsfolgefrequenzen gewonnen werden, die nicht mehr im Verhältnis einer Oktave zum Grundton des ursprünglichen Klanges stehen. Eine solche Schaltung läßt sich mit Hilfe von Stromtoren verwirklichen.With a bistable multivibrator (flip-flop) or similar Frequency division it is possible to skip every second pulse and thus the pulse repetition frequency to cut in half. This corresponds to a transposition of the electronically generated Sound portion by an octave towards lower frequencies. The procedure can be multiple be repeated. By selecting every third, fourth, fifth, etc. pulse Pulse repetition frequencies can be obtained that are no longer in the ratio of one Octave to the root of the original sound. Such a circuit leaves be realized with the help of electricity gates.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich in erster Linie für die elektroakustische Musikübertragung und für die Schaffung von Verstärkern, die in Musikkapellen verwendet werden (Gitarrenverstärker). Das Verfahren ist auch bei der Herstellung, Vervielfältigung und Verbreitung elektroakustischer Tonaufzeichnungen anwendbar, d. h. bei Schallplatten, Tonbändern, -Tonfilmen sowie beim Rundfunk.The method according to the invention is primarily suitable for electroacoustic music transmission and for the creation of amplifiers that work in Music bands are used (guitar amplifiers). The procedure is also at the production, reproduction and distribution of electroacoustic sound recordings applicable, d. H. for records, tapes, sound films and radio.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind an Hand von Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten elektronischen Anlage und Fig. 2 ein Gesamtschaltbild einer ausgeführten Anordnung, in dem gleiche Bezugszeichen verwendet sind. i Zur Aussteuerung der Anordnung dient ein Generator G, für den z. B. jedes einstimmige, mechanische Musikinstrument verwendet werden kann. Die Art der Klangabnahme kann auf übliche Weise erfolgen, oder der Klang kann zunächst auch auf einen Ton- t träger aufgenommen werden, wobei dann ein entsprechendes Abspielgerät als Generator G benutzt wird. Die Tonfrequenz wird einer Trennstufe T zugeführt, die eine Rückwirkung des Filters F auf den Generator G verhindert. Das Filter F hat die Aufgabe, den Grundton aus dem Klang des Generators G herauszuheben. Es kann im einfachsten Falle eine R-C-Siebkette sein. Am Ausgang des Filters F ist ein Impulsgenerator IPo vorgesehen. Die Impulserzeugung kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, wenn z. B. der Nulldurchgang einer Wechselspannung zur Erzeugung herangezogen wird. Dies kann geschehen, indem die Grundfrequenz mit möglicherweise noch mehr oder weniger vorhandenen Oberwellenanteilen so weit verstärkt wird, daß eine nachfolgende Stufe stärk übersteuert wird. Die dort entstehende Rechteckspannung wird in einem R-C-Glied D differenziert, und in einem nachgeschalteten Richtverstärker erhält man die gewünschten Impulse.The invention and further details are with reference to drawings explained in more detail, namely Fig. 1 shows a block diagram of one for implementation electronic system suitable for the method according to the invention and FIG Overall circuit diagram of an arrangement carried out, in which the same reference symbols are used are. i To control the arrangement, a generator G is used, for the z. B. each monophonic, mechanical musical instrument can be used. The type of sound pickup can be done in the usual way, or the sound can initially also be based on a tone t carrier are recorded, then a corresponding playback device as a generator G is used. The audio frequency is fed to a separating stage T, which has an effect of the filter F on the generator G prevents. The filter F has the task of To emphasize the fundamental tone from the sound of the generator G. It can in the simplest case be an R-C sieve chain. A pulse generator IPo is provided at the output of the filter F. The pulse generation can be done in various ways, if, for. B. the Zero crossing of an alternating voltage is used for generation. This can be done by the fundamental frequency with possibly more or less harmonic components present is amplified to such an extent that a subsequent stage is heavily overdriven. the square-wave voltage generated there is differentiated in an R-C element D, and in the desired impulses are obtained from a downstream directional amplifier.

Es ist statt dessen möglich, magnetische Werkstoffe mit rechteckförmiger Hysterese, z. B. Permenorm 5000 Z, zur Gewinnung der Impulse zu verwenden. Die Impulsstufe soll so aufgebaut werden, daß bei in weiten Grenzen schwankender Eingangsspannung die Impulshöhe und -form konstant bleibt. An den Impulserzeuger IPo schließen sich Impulsteilerstufen IPTl ... IPTn an. Diese Impulsteilerstufen können für Oktavsprünge aus bistabilen Multivibratoren besteben, die unter dem Namen »Flip-Flop« bekannt sind. Um allgemein aus einer Impulsfolge jeden n-ten Impuls herauszuheben, kann man auch in bekannter Weise n hintereinandergeschaltete Stromtore verwenden, wobei nacheinander bei jedem Impuls ein Stromtor gezündet wird und dadurch die Gittervorspannung für die nächste Stufe so weit erniedrigt wird, daß der folgende Impuls diese zünden kann. Das letzte Stromtor dieser Reibe gibt den gewünschten Impuls und bringt die gesamte Anordnung in die Ausgangsstellung. Hieran schließen sich Formantverstärker FV, ... FV., an. Schaltungen von Formantverstärkern sind an sich bereits bekannt. Sie haben ihren Namen in Anlehnung an den aus der Vokaltheorie stammenden Formantbegriff und sind in der Lage, einzelne Frequenzbereiche aus dem Tonfrequenzgebiet hervorzuheben. Der in Fig. 2 vorgesehene Formantverstärker FV, hat vier sich überlappende Kanäle 1 ... 4, die getrennt nach Frequenz, Amplitude und Dämpfung regelbar sind. Die Amplitude ist ferner durch eine Regelspannung beeinflußbar. Hinter der Trennstufe T liegt ferner ein Regelspannungserzeuger RSp, in dem eine der Amplitude der Eingangsspannung proportionale Regelspannung gewonnen wird. Eine Regelstufe RSt ist vorgesehen, in der entsprechend der Regelspannung aus dem Regelspannungserzeuger RSp die Amplitude des elektronischen Klanganteiles im Einklang mit der Eingangsspannung geregelt wird, weil sonst die Impulshöhe und damit die am Ausgang der Formantverstärker liegende Spannung unabhängig von der Größe des Eingangssignals wäre. Die Zeitkonstante der Regelstufe kann veränderbar gemacht werden. Dadurch ist es möglich, bei entsprechend gewählter Regelkennlinie das Verhältnis des natürlichen zum elektronischen Klanganteil längs des Ein- und Ausschwingvorganges zu verändern. Man kann hiermit also den elektronischen Klanganteil schnell oder langsam abklingen lassen. Es besteht sogar die Möglichkeit, die Zeitkonstante für den Ein- und Ausschwingvorgang verschieden groß zu machen, d. h. den elektronischen Klanganteil zwar schneller als den natürlichen anklingen, aber langsamer abklingen zu lassen. R; und R, sind Regler, mit denen das Verhältnis des natürlichen zum elektronischen Klanganteil im stationären Teil verändert werden kann. Die beiden Regler können miteinander gekoppelt sein, so daß eine Zunahme des einen eine Abnahme des anderen bedingt. Die in einer Mischstufe M auftretende Ausgangsspannung bleibt somit konstant. In dieser Mischstufe M werden die von den Reglern R, und R, kommenden Spannungen rückwirkungsfrei miteinander gemischt. Im allgemeinen wird sich an die Mischstufe M ein Verstärker anschließen, der die zur gewünschten Schallabstrahlung benötigte Leistung für einen Lautsprecher L aufbringt.Instead, it is possible to use magnetic materials with rectangular hysteresis, e.g. B. Permenorm 5000 Z to use to obtain the pulses. The pulse stage should be constructed in such a way that the pulse height and shape remain constant when the input voltage fluctuates within wide limits. The pulse generator IPo is followed by pulse divider stages IPTl ... IPTn. These pulse divider stages can be used for octave jumps from bistable multivibrators known as "flip-flops". In order to generally highlight every n-th pulse from a pulse sequence, n series-connected current gates can also be used in a known manner, with one current gate being ignited one after the other with each pulse and thus the grid bias voltage for the next stage is reduced so much that the following pulse is this can ignite. The last current gate of this grater gives the desired impulse and brings the entire arrangement into its starting position. This is followed by formant amplifiers FV, ... FV.,. Circuits of formant amplifiers are already known per se. They get their name based on the formant term stemming from vowel theory and are able to emphasize individual frequency ranges from the audio frequency domain. The formant amplifier FV provided in FIG. 2 has four overlapping channels 1 ... 4, which can be regulated separately according to frequency, amplitude and damping. The amplitude can also be influenced by a control voltage. A control voltage generator RSp, in which a control voltage proportional to the amplitude of the input voltage is obtained, is also located downstream of the isolating stage T. A control stage RSt is provided in which, according to the control voltage from the control voltage generator RSp, the amplitude of the electronic sound component is controlled in accordance with the input voltage, because otherwise the pulse height and thus the voltage at the output of the formant amplifier would be independent of the size of the input signal. The time constant of the control stage can be made changeable. This makes it possible to change the ratio of the natural to the electronic sound component along the transient and decay process with an appropriately selected control characteristic. You can use this to let the electronic part of the sound fade away quickly or slowly. There is even the possibility of making the time constant for the swing-in and swing-out process different, ie the electronic part of the sound can be heard more quickly than the natural part, but decay more slowly. R; and R, are controls with which the ratio of the natural to the electronic sound component in the stationary part can be changed. The two regulators can be coupled to one another so that an increase in one causes a decrease in the other. The output voltage occurring in a mixer M thus remains constant. In this mixer stage M, the voltages coming from the controllers R and R are mixed with one another without any reaction. In general, the mixer stage M will be followed by an amplifier which provides the power for a loudspeaker L required for the desired sound radiation.

Nach dem Verfahren der Erfindung können auch natürliche Stimmen durch elektronische Klangzusätze verändert werden. Durch die elektronischen Klangzusätze können natürliche Stimmen und Instrumente gegebenenfalls bis zur Unkenntlichkeit veändert werden, z. B. um spezielle Hörspieleffekte zu erzielen. Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, daß aus dem ursprünglichen Klang frequenzabhängige Regelspannungen gewonnen werden, welche in wählbarer Verteilung den Formantverstärkern zugeführt werden können, so daß der ursprüngliche Klang selbst das Spektrum des elektronischen Klangzusatzes steuert.According to the method of the invention, natural voices can also pass through electronic sound additives can be changed. Through the electronic sound additives natural voices and instruments can be used beyond recognition be changed, e.g. B. to achieve special radio play effects. Another thought the invention consists in that frequency-dependent from the original sound Control voltages are obtained, which the formant amplifiers in a selectable distribution can be fed so that the original sound covers the spectrum of the itself electronic sound add-on controls.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for electronic sound modification natural sounds, characterized in that from a natural way of a musical instrument or the like. The sound generated is separated from the fundamental and from this a pulse train of the same frequency is generated, or in the case of sound transposition by means of frequency divider or multiplier in a certain ratio to this is brought, and that then after selective amplification of the pulses in formant amplifiers Harmonics filtered out of the pulse train and dem in adjustable amplitudes original sound by means of a control voltage obtained from the original sound be mixed in dosed.

2. The method according to claim 11, characterized in that that the human voice serves as a generator. Considered publications: W. Meyer-Eppler: Electrical sound generation, Dümmlers Verlag, Bonn, 1949, p. 80 (Generation of sounds with predetermined properties), also p. 83, paragraph 4; P. 120, fig. 103; P. 121, paragraph 2.