DE3023580C2

DE3023580C2 - Verfahren zur Phasensynchronisation digital synthetisierter Töne eines Musikinstruments und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3023580C2
Application number: DE3023580A
Authority: DE
Inventors: Christian Jacques Dipl.-Ing. 7218 Trossingen Deforeit
Original assignee: MATTH HOHNER AG 7218 TROSSINGEN DE
Current assignee: MATTH HOHNER AG 7218 TROSSINGEN DE
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE3023580A1; GB2079513B; US4384504A; GB2079513A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US-PS 37 43 755 bekannt
Bei analog arbeitenden elektronischen Musikinstru-

!0 menten ist es bekanntlich sehr einfach, zwei gleichzeitig gespielte Töne mit gleicher Grundfrequenz hinsichtlich ihrer Phasenlage zu synchronisieren, da man sich dazu einer Phasenregelschleife bedienen kann. Bei den moderneren elektronischen Musikinstrumenten werden demgegenüber die Töne aus Phasenabtastwerten digital synthetisiert, wobei jedem gleichzeitig spielbaren Ton ein eigener Phasenzähler zugeordnet ist. Da der Augenblick, in dem die Tonerzeugung beginnt — in dem also der Spieler zum Beispiel die Taste eines Manuals betätigt — nicht vorhersehbar ist, ergeben sich zwischen den einzelnen gleichzeitig erklingenden Tönen auch unvorhersehbare Phasenbeziehungen. Solange die Töne unterschiedliche Grundfrequenzen aufweisen, ist dies ohne große Bedeutung für den Klang. Haben sie aber gleiche Grundfrequenz oder sogar überhaupt gleiche Frequenz, und das ist der Fall, wenn derselbe Ton auf zwei parallelen Manualen angeschlagen wird, so ergeben sich Interferenzen, die bei jedem Anschlag anders sind; eine technisch einfache Lösung bestünde

so zwar darin, daß jedem Manual oder sogar jeder Oktave eines Instruments eine eigene, komplette Syntheseschaltung zugeordnet würde und die Überlagerung erst hinter dem üblichen Digital-Analog-Wandler unmittelbar vor dem elektroakustischen Wandler vorgenommen würde. Es liegt aber auf der Hand, daß der schaltungsmäßige Aufwand sich entsprechend vervielfacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen zu schaffen, bei dem störende Interfersnzen zwischen gleichzeitig gespielten Tönen gleicher Grundfrequenz vermieden werden, indem eine Phasensynchronisation ermöglicht wird. Der Schaltungsaufwand soll dabei dadurch gering sein, daß die Phasensynchronisation bereits innerhalb der digitalen, die Tonsynthese vornehmenden Schaltkreise vorgenommen wird.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1; die Unteransprüche definieren zur Ausführung des Verfahrens bestimmte und geeignete Schaltungsanordnungen. Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung dargestellt, und unter Bezugnahme auf diese Zeichnung soll der erfindungsgemäße Verfahrensablauf nachstehend im einzelnen erläutert werden.

Die Schaltung umfaßt einen Adressierzähler 12 und einen von ihm adressierten Randomspeicher 10 mit ebensovielen Speicherplätzen, wie auf dem betreffenden Musikinstrument maximal gleichzeitig spielbare Töne erwartet werden können. Ein Richtwert sind beispielsweise sechzehn gleichzeitig spielbare Töne, und das Instrument weist eine gleiche Anzahl von sogenannten Phasenzählern auf, die durch eine »Nummer« von eins bis sechzehn identifiziert sein sollen. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung soll die Schaltungsanordnung feststellen, ob bei Beginn eines vom Spieler ausgelösten Tones bereits ein Ton gleicher

Grundfrequenz vom Instrument erzeugt wird, und wenn ja, soll die Phasenlage des zusätzlich zu erzeugenden gleichen Tons mit der des bereits erzeugten phasengleich gemacht werden. Bei Ende eines Tons muß die Schaltung für das Eintreffen eines anderen Tons wieder vorbereitet werden.

Über die beiden Eingänge ti und 13 der Schaltung werden dieser in Digitalform Informationen betreffend die Nummer des belegten Phasenzählers (nicht dargestellt) und betreffend die Grundfrequenz, mit der der Phasenzähler belegt worden ist, zugeführt, sobald ein Tonerzeugungszyklus beginnt, das heißt, sobald der Spieler beispielsweise eine Taste eines Manuals betätigt. Der Adressierzähler mit einer Zählkapazität gleich der Anzahl der Speicherplätze des Randomspeichers 10 steht dabei zunächst auf Null und beginnt nun, einmal mit dem Takt des Taktgebers 14 alle Adressen 10/1 bis 10/16 des Randomspeichers 10 abzufragen. Im Randomspeicher sind die Digitalwerte derjenigen Grundfrequenzen gespeichert, die das Instrument gerade erzeugt. Der jeweils adressierte Speicherplatz 10/s wird also auf Leitung 18 ausgelesen, und mit der einlaufenden Belegungsfrequenz f, werden die gespeicherten Frequenzen Fs sequentiell verglichen. Hierzu dient ein Komparator 16, an dem die einlaufende Frequenz /) über Leitung 20 liegt. Der Komparator 16 erzeugt, wenn seine beiden Eingänge gleich sind, ein Triggersignal auf Leitung 17, mittels dem der Flipflop 22 gekippt wird; an seinem Ausgang 24 steht denn ein >*Präsenz«-Signal, das anzeigt, daß bereits eiii Ton gleicher Grundfrequenz erzeugt wird.

Andernfalls erzeugt der Komparator kein Triggersignal, und dieser Fall sei zunächst weiterverfolgt.

Der Adressenzähler 12 zählt demgemäß einmal seine Zählkapazität durch und geht wieder auf Null. An seinem Eingang steht nach wie vor die Nummer PZN des belegten Phasenzählers, und mit ihr wird nunmehr der Adressenzähler 12 geladen, so daß er den betreffenden Speicherplatz 10// adressiert. Über das Gatter 33 wird zugleich die zugehörige einlaufende Frequenz f/ in den Speicherplatz des Randomspeichers 10 eingeschrieben. Dessen Adresse wird ferner vom Adressenzähler 12 in das PZN-Register 26 übertragen.

Wird nun ein Ton gleicher Grundfrequenz verlangt,

adressiert der Adressenzähler bei seinem Abfragezyklus auch den bereits mit derselben Grundfrequenz belegten Speicherplatz und der Flipflop 22 kippt unter der

ίο Wirkung des Triggersignals vom Komparator 16, so daß ein Präsenzsignal vorliegt. Ausgelöst durch dieses Präsenzsignal, wird über den Multiplexer 30 aus dem Register 26 die dort gespeicherte Phasenzählernummer ausgelesen und in dem dann adressierten Phasenzähler

ι i — enthalten in der Tonerzeugungseinheit 32 — der dort gerade abgetastete Phasenwert ausgelesen. Dieser wird in ein Phasenwertregister 34 eingeschrieben und aus diesem als Anfangsphasenwert für den neu belegten Phasenzähler in der Tonerzeugungseinheit 32 eingegeben. Phasenzähler, denen gleiche Grundfrequenzen zugeordnet sind, arbeiten dann phasensynchron. Es versteht sich, daß durch den Zeitablauf der Steuerung die Phasenlage der beiden Phasenzähler nicht exakt übereinstimmt, doch ist die verbleibende Phasendiffe-

2t renz so gering, daß sie musikalisch keine Rolle spielt.

Der Ablauf der oben beschriebenen Vorgänge erfolgt unter Steuerung durch eine Logikeinheit 28, deren Aufbau und Anschluß an die einzelnen Schaltkreise sich für den Fachmann aus der geschilderten Funktion ergeben.

Am Ende jedes Tons wird der betreffende Phasenzähler frei. Seine Nummer wird unter Steuerung durch die Logikeinheit 28 als Zählstand zum Adressenzähler 12 übertragen, und über das UND-Gatter 33 wird der Inhalt des betreffenden Speicherplatzes gelöscht. Der Phasenzähler kann nun durch einen folgenden Ton genutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für ein elektronisches Musikinstrument zur Erzeugung zweier mit unterschiedlichem Einsatzzeitpunkt gleichzeitig gespielter, gleiche Grundfrequenz aufweisender Töne, bei dem die Töne aus Phasenabtastwerten digital synthetisiert werden, wobei für jeden gleichzeitig spielbaren Ton ein eigener Phasenzähler und ein Speicherplatz eines Speichers bereitgestellt und bei Beginn eines Tons einer der freien Speicherplätze über den zugehörigen Phasenzähler dem beginnenden Ton zugeordnet und mit der Grundfrequenz des beginnenden Tons belegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß alle anderen Speicherplätze auf das Vorhandensein derselben Grundfrequenz abgefragt werden, daß bei Vorliegen derselben Grundfrequenz in einem der abgefragten Speicherplätze der augenblickliche Phasenwert des diesem Speicherplatz zugeordneten Phasenzählers bestimmt und als Anfangsphasenwert in den dem beginnenden Ton zugeordneten Phasenzähler eingegeben wird, und daß am Ende eines Tons der Inhalt des bis dahin durch die Grundfrequenz des endenden Tons belegten Speicherplatzes gelöscht wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem digitalen Speicher (10) mit einer Anzahl von Speicherplätzen gleich der Zahl vorhandener Phasenzähler, gekennzeichnet durch

— einen die Speicherplätze (10/1 10/16)

nacheinander adressierenden Adressenzähler (12), der zu Beginn jedes Tons einmal vollgezählt wird,

— einen digitalen Komparator (16), an dessen einem Eingang (18) der Inhalt des vom Adressenzähler adressierten Speicherplatzes liegt und an dessen anderem Eingang (20) der Digitalwert der Grundfrequenz des beginnenden Tons liegt, während an seinen Ausgang ein Zwischenspeicher (22) angeschlossen ist, der bei gleichen Eingangsgrößen des !Comparators (16) ein Präsenzsignal erzeugt,

— ein Zwischenregister (26), in dem die Adresse des Speicherplatzes registriert wird, bei dessen Adressierung das Präsenzsignal auftritt,

— durch eine Steuereinheit (28), mittels der am Ende des Adressenzählerzyklus der Zählzustand des Adressenzählers (12) auf die Nummer des Phasenzählers gesetzt wird, der dem angefangenen Ton zugeordnet ist, wobei zugleich der dabei adressierte Speicherplatz mit dem Digitalwert der Grundfrequenz des angefangenen Tons belegt wird,

— und einen Multiplexkreis (30), mittels dem zunächst der Phasenzähler, bei dem das Präsenzsignal erzeugt wurde, bezüglich des Augenblicksphasenwertes abgefragt wird, welcher in ein Phasenregister (34) eingeschrieben und als Anfangsphasenwert für den danach vom Multiplexer (26) adressierten, durch den Zählstand des Adressenzählers (12) identifizierten Phasenzähler ausgelesen wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende eines Tons der Adressenzähler (12) auf die Nummer des dem endenden Ton zugeordneten Phasenzählers gesetzt wird und dem dabei adressierten Speicherplatz ein Löschsignal zugeführt wird.