Способ формирования шкалы частот электромузыкального инструмента и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G10H1/00 

Изобретение относится к электронной музыке и может быть использовано для получения шкалы частот стабильного музыкального строя,

Цель изобретения - повышение точ- ности и стабильности строя электронного музыкального инструмента при пониженных требованиях к точности настройки частотозадающих элементов, а также упрощение фильтрации выходны сигналов.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 - формирователи частот первой и второй сетокI на фиг, А - формирователь задающих частот.

Устройство (фиг, 1) содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого подключен к первому .входу смесителя 2, выходом соединенный с входом фильтра 3 нижних частот, выход которого является выходом устройства, формирователи частот первой 4 и второй 5 сеток и формирователь 6 задающих частот, прич.ем выход генера тора 1 опорной частоты соединен с входом формирователя 4 частот первой сетки, выход которого соединен с входом формирователя 5 частот второй сетки и первым входом формирова- теля 6 задающих частот, выход которого соединен с вторым входом смесителя 2cj а второй вход - с выходом

формирователя 5 частот второй 1

,

.-

Способ формирования шкалы частот в многоголосых электромузыкальных инструментах по методу биений состоит в том, что сигналы задающих частот нелинейно смешивают с сигналом опорной частоты и выделяют сигналы разностных частот, при этом из сигнала опорной частоты, численное значение которой выражается единицей в старшем разряде и нулями в остальных, предварительно формируют сигна лы частот первой сетки, численные значения которых выражаются единицами в старших разрядах и нулями в остальных, и различаются между собой числом старших разрядов, выраженных единицей, затем из сигналов частот первой сетки формируют сигналы частот второй сетки, в целые числа раз более высокие, после чего для получения каждого сигнала задающей ча- стоты выбирают соответствующие сигналы с частотами сеток, с которыми выполняют следующие операции: один

5 х f

20 30.

,- 25

40

5 з55

50

747

из выбранных сигналов нели}1ейно смешивают с другим выбранным сигналом, из продукта смешения выделяют первый сигнал боковой частоты, который нелинейно смешивают с третьим из выбра1 ных сигналов и выделяют второй сигнал боковой частоты, затем продолжают нелинейное смешение каждого последнего из выделенных сигналов боковых частот с каждым очередным из выбранных сигналов частот сеток и выделение сигнала боковой частоты из каждого очередного продукта смешения до получения сигнала задающей частоты, при этом первым выбирают сигнал такой частоты, в численном значении которой последняя значащая .цифра совпадает с последней значащей цифрой одноименного разряда численного значения получаемой задающей частоты, каждый поа1едуюш1.|й, сигнал частот сеток выбир ают с численным значением частоты, содержащем меньшее количество значаш 1х разрядов по сравнению с численными зна- чени5 ми частот предыдуш 1х из выбранных сигналов, и Таким в численном значении частоты каждого последовательно выделяемого сигнала выбранной (нижней или верхней)боковой частоты возрастает количество млад1пих разрядов, совпадающих по значению с однои1 енными разрядами численного значения частоты получаемого сигнала за,цающей частоты.

При этом дпя формирований сигналов частот первой сетки сигнал пониженной в десять раз опорной частоты нелинейно смешивают с сигналом опорной частоты и из продукта смешения вьщеляют сигнаш верхней боковой частоты, затем повторяют нелинейное смешение каждого последнего из выделенньп : из продукта смешения сигналов верхней боковой частоты, пониженной в десять раз, с сигналом опорной частоты и выделение из продукта смешения очередного сигнала верхней боковой частоты до окончания формирования всех сигналов частот первой сетки, при этом каждый вьоделенный сигнал верхней боковой частоты является сигналом частот первой сетки.

Необходимо сформировать такое количество сигналов частот первой сетки, при котором значение частоты последнего из этих сигналов содержит в своем численном значении количество значащих разрядов после запятой десятичной дроби на один больше количества значащих разрядов после запятой десятичной дроби перед последней значащей цифрой численного значения частоты тона, имеюще- го наибольшее количество таких разрядов в пределах диапазона электронного музыкального инструмента, если частоты тонов выражены в герцах или в кратных им единицах измерения.

При этом сигнал опорной частоты используют и как сигнал первой сетки частот, а при формировании сигна- лов частот -второй сетки сигналы частоты первой сетки умножают максимум в 9 раз.

Кроме того, с целью упрощения фильтрации выходных сигналов, опорную частоту выбирают в диапазоне радиочастот.

. Формирователь сигналов частот первой сетки (фиг. 2). содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных делителя 7 частоты с коэффициентом деления десять, нелинейного смесителя 8 и избирательного фильтра 9 верхней или нижней боковой частот, при этом вход делителя частоты первой из цепочек и входы нелинейных смесителей первой сетки всех остальных цепочек соединены с входом формирователя часто-.

Формирователь сигналов частот второй сетки содержит п наборов умножителей 10 частоты по числу сигналов частот первой сетки, входы умножителей частоты каждого набора соединены с соответствующим входом формирователя частот второй сетки, а выходы - с его соответствзлощими выходами, причем число умножителей частоты в каждом наборе равно восьми, а коэффициенты умножения соответствуют целым числам от 2 до 9.

Формирователь задающей частоты соержит последовательно соединенные епочки, состоящие из последовательо соединенных нелинейного смеситея 1 1 и избирательного фильтра 12 оковой частоты, при этом первый ход нелинейного смесителя 11 первой епочки и вторые входы нелинейных месителей 11 всех остальных цепочек оединены с соответствующими выходаи сигналов частот первой и второй

397474

сеток, причем порядок соединения определяется конкретным алгоритмом получения задающих частот согласно предлагаемому способу, выход фильт- 5 ра 2 последней цепочки соединен с выходом формирователя 6. Число формирователей 6 задающих частот должно быть равно числу тонов электро- fyзыкaльнoгo инструмента.

10 Формирование частот производится следующим образом.

Электрические колебания опорной частоты f 100.000,00 Гц вьфабатыва-. ют генератором опорной частоты, ста5 билизированным кварцевым резонатором. Из колебаний опорной частоты f для каждого формируемого тона получают сигнал задающей частоты, численное значение которой вьщ1е чис0 ленного значения опорной частоты на конкретную величину численного значения частоты формируемого тона. Для

этого из сигнала опорной частоты f

on

предварительно формируют сигналы пер- 5 вой сетки частот следующим образом.

Делят на десять частоту f, полученный сигнал смешивают нелинейно с сигналом опорной частоты f и из продукта смешения выделяют сигнал верх- 0 ней боковой частоты, которая имеет следующее значение:

f,.j fo/fo /10 100.000,00+10.000,00 1 10.000,00 Гц.

, Частоту fjj выделенного сигнала понижают в 10 раз, после чего сигнал пониженной частоты f, нелинейно смешивают с сигналом частотой f и из продукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты f с численным значением

f,,fg/f,.000,00+1 1.000,00 111.000,00 Гц.

Аналогично понижением в 10 раз частот, f ,...,f , нелинейным смешением этих сигналов с сигналом опорной частоты fon вьщелением сигналов верхних боковых частот из продукта смешения получают частоты f,, f| |. В результате таких преобразований получают сигналы первой сетки .частот, Гц:

,, 100.000,00; ,.000,00; .000,00; ,.100,00; ,in.nO,OOj

1 n ,00) 11l,10i

f 111.111,11,

f. 4

fn H

18

предельная частота которых может достигать численного значения

f lll,in,(l)...

В состав частот первой сетки входит и опорная частота f, д .

Сигналы первой сетки частот формруют так, что численные значения частот первой сетки выражаются только единицами и нулями и различаются между собой количеством разрядов, выражающихся единицей, причем в численных значениях частот первой сетки единицы должны быть сосредоточены только в старших разрядах, а нули - в младших.

Количество частот первой сетки формируют в зависимости от точности формирования частот тонов (до деся - тык, сотых или тысячных долей герца и от выбранного значения опорной частоты чем выше опорная частота и точность формирования частот тоно тем с большим количеством частот фомируют первую сетку. Исходя из этого у последнего из сформированных синалов частот первой сетки количество единиц в численном ее значении после запятой должно быть больше на одну числа разрядов после запятой до самой младшей значащей цифры тог из формируемых тонов, у которого в пределах диапазона ЭМИ число таких разрядов наибольшее. При формировании частоТ тонов с точностью до сотых долей герца последний из сформированных сигналов частот первой сетки в численном ее значении должен иметь два разряда после запятой, равных единице. В нашем примере этому условию удовлетворяет частота 111.111,11 Гц. I

Затем формируют сигналы частот

второй сетки. Дпя этого умножают в 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8и9 раз каждую из сигналов частот первой сетки, в результате получают следующую сетку частот, Гц:

fj,200.000,00; ,,300.000,00;

f|8

f 220.000,00; ,330.000,00; .000,00; .000,00;

,333.300,00;

.330,00;

,.333,00)

.200,00; .. 220,00; .222,00;

39747

.222,20 L 222.222,22;

АС

f, 400 „000,00, .000,000; ,000,00; f 444.400,00;

,333.333,30; .333,33;

,, 500.000,00; .000,00, ,000,00; .500,00;

,555 f,r555

f 444.444.44;

49

,600.000,00;

660.000,00;

.555,55}

f,, 700.000,00) .000,005

,. 666,66

f. 800.000,00;

01

.777,77; ,.000,00;

f 888.888,88/ f 999.999,99.

Д в P

Из сигналов частот первой и второй сеток получают задающие частоты. Например, при формировании тона ДО субконтроктавы, имеющего значение частоты Fftocii Гц, из сигналов частот сеток выбирают сигналы такой частоты, младший значащий разряд численного значения которой равен последнему значащему разряду численного значения задающей частоты „ т.е. частотой

JO.CK

выбирают сигнал второй сетки с

.555,55

Гц

5

0

5

0

5

fо, второй сето

Этот сигнал нелинейно смешивают с сигналом такой из частот сеток, при котором выделением из продукта смешения сигнала боковой частоты получают, частоту (j| , два младших значащих разряда в численном значении которой совпадают с одноименными разрядами численного значения получаемой задающей частоты. Такому условию удовлетворяет частота ки:

888.888,80 Гц,

й(J

Сигналы с частотами иfg смешивают нелинейно и вновь выделяют сигнал верхней боковой частоты:

V S- V- - ll Гц.

Выбрав частоту g второй сетки, нелинейно смешивают соответствующий сигнал с сигналом частотой f и выделяют сигнал нижней боковой частоты (} „из продукта смешения:

.888,00 Гц ,.556,35 Гц.

7

Аналогично продолжают преобразования :

fgi,fR,,+Vb222.216,35 Гц ,,3- 24 -000 016 15 Гц, fB,5 f.-f . -00..giAi35. Гц.

Нижняя боковая частота fg являетс задающей частотой тона ДО субконтрок- тавы:

5,rV сигнал этой частоты в заключение нелинейно смешивают с сигналом опорной частотой f р и из продукта смешения фильтром нижних частот вьщеляют сигнал нижней боковой частоты Fg , который является тоном ДО субконтр- октавы;

о.сх а

-f 16,35 Гц.

.ск оп

Аналогичными приемами формируют и остальные частоты тонов диапазона. ЭМИ, в том числе и частоту наивысшего тона ЭМИ, например частоту, Гц,тона СИ пятой октавы, равную 7902,13 Гц:

%.Vf2r lll-4Ml .222J3;

Б,з У 8гЬ111.102,13-, fs,.-f.r888.902,13 f,,fs,,+f,..887.902,13-, fp.,fs.-fa,-1.007.902.13, fs,,Su-. i07,902,13-.

5c7

F f -f 7 902 13 %& on

Те же частоты тонов могут быть сформированы ; использованием других частот сеток. Опорньй генератор може иметь другую частоту, что приводит к другим значениям частот сеток. Задающие частоты могут быть как выше опорной частоты, так и ниже нее на величины численных значений формируемых частот тонов.

В общем случае при опорной частоте 100.000,00 Гц для получения тона частотой АБВГ, ДЕ необходимо сформировать задающую частоту f 10АБВГ, ДЕ (Гц).

Для этого из сигналов частот се- ток первой выбирают сигнал с частотой f, ЕЕЕ.ЕЕЕ,ЕЕ (Гц),младший значащий разряд которой численно совпадает с одноименным эначашим разрядом частоты f. Затем из сигналов частот сеток выбирают второй сигнал с частотой , , в

397478 ,

числекном значении которой разрядов со зтьччшщгми цифрам на 1 меньше в сравнении с численным значением частоты f,. Кроме того, цифра X, чис5 ленного значения частоты f должна иметь такое численное значение, при котором после нелинейного смешения частот f, и f и выделения из продукта CMeiueHHH выбранной (верхней или

10 нижней) боковой частоты в численном значении последней два младших значатцих разряда совпадут численно с одноименными разрядами частоты f. смешивают сигналы с часто15 тами f, и f и выделяют сигнал одной из боковых частот

EEE.EEE,. XjXjX, Х20 - Y,Y,Y, .Y,Y,Y, , ДЁ.

20

Затем из сигналов частот сеток выбирают третий сигнал частотой

,X,.X,X,Xg,00 Гц.

25 в численном значении которой разрядов со значащими цифрами на 1 мень- ше в сравнении с численным значением частоты f2,а цифра Х должна иметь такое численное значение, при

3Q котором после нелинейного смешения сигналов частот f. и f, и выделения из продукта смешения сигналов выбранной (верхней или нижней) боковой частоты в численном значении последней три младших значащих разряда совпадают численно с одноименными разрядами частоты f. Нелинейно смешивают сигналы с частотами f, и fj и выделяют сигнал одной из боковых

0 астот

Y,Y,Y,.Y,Y,Y,, ,Х,ХЗ.Х,Х,Х,, ,., ДЕ.

5 Аналогично, последовательно выбирая сигналы частот сеток с меньшим количеством значащих разрядов, нелинейно смешивая каждый очередной выбранный сигнал с каждым последним

0 из выделенных сигналов боковых частот и вьщеляя каждый очередной сигнал боковой частоты, добиваются по- i следовательного возрастания в чис- -ленном значении выделяемых боковых

5 частот разрядов, совпадающих с одноименными разрядами численного значения формируемой частоты f вплоть до полного совпадения всех разря-

5

доп, т.е. до полного сформирования чадпготе й частоты f;

.Уз-Уг гГ...ПО

.У,вг, ДЕ;

., ,Х5.Х,00,00 У4У4У4 . ВВГ, ДЕ-

У4У4У4 .Бвг, ДЕ -Х Х Х.ООО,ОО

У5УуА.БВГ.ДЕ

У5У5А.БВГ, ДЕ -Х,Х.,0.000,00

У50А,БВГ, ДЕ ,

.БВГ, ХдОО.ООО,,

БВГ,ДЕ.

Согласно изобретению частоты тонов могут быть сформированы с любой степенью точности и удовлетворяюпще любой кривой настройки , например кривой О.Л.Рейлсбека. Относительная нестабильность частот тонов равна относительной нестабильности опорной частоты и одинакова во всем диапазоне ЭМИ, в том числе и на самых низких частотах тонов, включая субконтроктаву, При стабилизации частоты опорного генератора кварцевым резонатором без особых затруднений достигается относительная нестабильность частот тонов, не превышающая +0,001%. Это позволяет использовать тональный генератор для настройки концертных роялей.

Музыкальный строй тонального генератора не нарушается даже в том случае, когда опорная частота не стабилизирована кварцевым резонатором. Такая высокая стабильность частот тонов и строя в целом сохраняется до физического износа радиокомпонен- тов, т.е. практически в течение 5- 15 лет.

При регулировке тонального генератора по изобретению после изготовления нет необходимости в тщательной настройке его избирательных фильтров, в качестве котсфьк могут быть использованы радиочастотные резонансные контуры радиоприемной аппаратуры, достаточно грубой настройки, при которой вьщеляемые частоты должны попасть в полосы пропукания фильтров. До тех пор, пока выделяемые фильтрами частоты остаются в пределах полос пропускания эти фильтров, изменение настройки фильтров не оказывает влияния ни на частоты тонов ЭМИ, ни на его музыкальный строй в целом.

239747И.)

Предлагаемый то.пальиый генератор позволяет реализовать гармонический метод темброобразования просто.

5

0

5

0

Формула изобретения

1. Способ формирования шкалы частот электромузыкального инструмента по методу биений, при котором каждый из сигналов задающей частоты нелинейно сменп-шают с сигналом опорной частоты и выделяют сигналы разностных частот., отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности строя электронного ryзыкaльнoгo инструмента при одновременном снижении требований к точности настройки частотозадающих элементов, из сигнала опорной частоты, численное значение которой выражается единицей в старшем разряде и нулями - в остальных, предварительно формируют сигналы частот первой сетки, численные значения которых выражаются единицами в старших разрядах и нулями - в остальных и различаются между собой числом старших разрядор, выраженных единицей, затем из сигналов частот первой сетки формируют сигналы частот второй сетки, в целые числа раз более высокие, после чего для получения каждого сигнала задающей частоты выбирают соответствуюш е сигналы с частотами сеток, с которыми вьшолняют следующие операции: один из выбранных сигналов нелинейно смешивают с другим выбранным сигналом, из продукта смешения выделяют первый сигнал боковой частоты, который нелинейно смешивают с третьим из вы- бранньЕХ сигналов и выделяют второй сигнал боковой частоты, затем продолжают нелинейное смешение каждого последнего из вьщеленных сигналов бокоЕ;ых частот с каждым очередным из выбранных сигналов част)Т сеток и выделение сигнала боковой частоты из каждого очередного продукта смешения до полу 1ения сигнала задающей часто0 ты, при этом первым выбирают сигнал такой частоты,, в численном значении которой последняя значащая цифра совпадает с последней значащей цифрой одноименного разряда численного зна5 чения получаемой задающей частоты, кажд1р1Й последуюш 1Й сигнал частот сеток выбирают с численным значением частоты, содержащим меньшее количест5

0

5

во значащих разрядов в сравнении с численными значениями частот предыдущих из выбранных сигналов, и таким, при котором в численном значении ча- -стоты каждого последовательно: выде ляемо.го сигнала выбранной верхней или нижней) боковой частоты возрастает количество младших разрядов, совпадающих по значению с одноименными разрядами численного значения частоты получаемого сигнала задающей частоты.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования сигналов частот первой сетки сигнал с пониженной в десять раз опорной частотой нелинейно смешивают с сигналом опорной частоты и из про.дукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты, затем повторяют нелинейное смешение каждого последнего из выделенных из продукта смешения сигнала верхней боковой частоты, пониженной в десять раз, с сигналом опорной частоты и выделение из продукта смешения очередного сигнала верхней боковой частоты до .окончания формирования всех сигналов частот первой сетки, при этом каждый выделенный сигнал верхней боковой частоты является сигналом частот первой сетки.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что формируют такое количество сигналов частот первой сетки, при котором значение частоты последнего из этих сигналов содержит в своем численном значении количество значащих после запятой разрядов десятичной дроби на одни больше количества значащих разрядов после запятой десятичной-дроби перед последней значащей цифрой численного значения частоты тона, имеющего наибольшее количество таких разрядов

в пределах диапазона электронного музыкального инструмента, если частоты тонов выражены в герцах или в кратных им единицах измерения.

4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что сигнал опоной частоты используют и как сигнал первой сетки частот.

5.Способ по пп, 1-4, отличающийся тем, что при формировании сигналов частот второй сетки сигналы частот первой сетки умножают не более чем в 9 раз.

6.Способ по пп. 1-5, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения фильтрации выходных сигналов, опорную частоту выбирают в ди5 апазоне радиочастот.

7.Устройство для формирования шкалы частот электромузыкального инструмента, содержащее генератор опорной частоты, выход которого подклю10 чен к первому входу смесителя, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, о т л и- чайгщееся тем, что, с целью 15 повьш1ения точности и стабильности |музыкального строя при одновременном снижении- требований к частотозада- Ю1ЦИМ элементам, в него введены формирователи частот первой и второй 20 сеток и формирователь задаюших частот, причем выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя частот первой сетки, выход которого соединен с входом формирова- 25 теЛя частот второй сетки и первым

входом формирователя задающих частот, выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй вход - с выходом формирователя частот вто- 2Q рой сетки.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что формирователь сигналов частот первой сетки содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных делителя частоты с коэффициентом деления десять, нелинейного смесителя частот и избирательного фильтра верхней боковой частоты, выход которого является выходом формирователя сигналов частот первой сетки, при этом вход делителя частоты первой из цепочек и входы нелинейных смесителей всех цепочек соединены с входом формирователя частот

35

0

5

первой сетки.

9 о Устройство по п. 7, о т л и- чающееся тем, что формирава- тель частот эторой сетки содержит.

п наборов умножителей частоты по числу СИ1налов частот первой сетки, входы умножителей частоты каждого набора соединены соответствующим входом формирователя частот второй сетки, а выходы - с его соответствующими выходами, причем число умножителей частоты в каждом наборе не превышает восьми, а коэффициенты умноже131

ПИЯ соответствуют целым числам, лежащим в пределах от 2 до 9.

10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что формирователь задагопщх частот содержит последовательно соединенные цепочки, сое- тояихие из последовательно соединенных

Заказ 3400/51 Тираж 358 Подписное ВНШПИ Государст венного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А.

2Z )

нелинейного смесителя и избнрательногч) фильтра боковой частоты, при этом первый вход нелинейного смесителя первой цепочки является первым входом формирователя задающих частот, а вторые входы нешинейных смесителей всех цепочек являются вторым входом формирователя задающих частот.

Изобретение относится к электронной музыке и может быть использовано для получения шкалы частот стабильного музыкального строя. Целью изобретения является повышение точности и стабильности строя электронного музыкального инструмента (ЭМИ) при пониженных требованиях к точности настройки частотозадающих элементов. Способ формирования шкалы частот в многоголось1х ЭМИ основан на методе биений и, согласно изобретению, частоты тонов могут быть сформированы с любой степенью точности и удовлетворять требованиям любой кривой настройки ЭМИ. При этом относительная нестабильность частот тонов равна относительной нестабильности опорной частоты и одинакова во всем диапазоне ЭМИ, в том числе и на самых низких частотах тонов, включая субконтроктаву. Устройство для реализации способа содержит генератор 1 опорной частоты, смеситель 2, фильтр 3 нижних частот, формирователи частот первой 4 и второй 5 сеток, формирователь 6 задающих частот. Функциональные схемы формирователей 4-6, а также последовательность операций, выполняемых по данному способу, приводятся в описании изобретения, 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил. с (С (/)