Способ формирования шкалы частот тонов электромузыкального инструмента и генератор для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G10H1/00 

J I

А.

со

00

о

4

Изобретение относится к электронной музыке. Генератор шкалы частот (Ч) тонов электромузыкального инструмента (ЭМИ) содержит генератор 1 опорной Ч, формирователи 2 и 3 Ч первой и второй сетки соответственно, формирователь 4 задающих Ч, смеситель 5 и фильтр 6 нижних Ч. Способ формирования шкалы Ч тонов заключается в следующем. Формируют из сигналов опорной Ч сигналы Ч первой сетки, из них сигналы Ч второй сетки, выбирают соответствующие сигналы Ч сеток, один из сигналов нелинейно смещивают с другим, выделяют первый сигнал боковой Ч, его нелинейно смещивают с третьим и выделяют второй сигнал боковой Ч. Формируют такое количество сигналов Ч первой сетки, при котором значение Ч последнего содержит в своем численном значении количество значащих разрядов после запятой десятичной дроби, на один больщее количества разрядов после запятой перед последней значащей цифрой численного значения Ч тона, имеющего наибольщее количестве таких разрядов в пределах диапазона ЭМИ. Сигнал опорной Ч используют как сигнал Ч первой сетки. При формировании сигналов Ч второй сетки сигналы Ч первой сетки умножают максимум в 9 раз. Повышается точность формирования Ч и надежность работы генератора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. § С/

Vuz.l

Изобретер1ие относится к электронной музыке и может быть использовано для получения юкалы частот стабильного музыкального строя, удовлетворяющего любой кривой настройки.

Цель изобретения - повьпиение точности способа формирования лкалы частот тонов электромузыкального инструмента (ЭМИ) путем сокращения количества операций формирования сигналов задающих частот и повьпиение надежности работы генератора шкалы частот тонов ЭМИ.

На фиг. 1 дана структурная схема генератора лкалы частот тонов ЭМИ; на фиг. 2- структурная схема формирователя сигналов частот первой сетки; на фиг. 3 - структур- ная схема формирователя сигналов частот второй,сетки; на фиг. 4 - структурная схема формирователя задающих частот.

Генератор шкалы частот тонов (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты, формирователь 2 сигналов частот первой сетки, формирователь 3 частот второй сетки, формирователь 4 сигнала задаюп1ей частоты, нелинейный смеситель 5 и фильтр 6 нижних частот. Кроме того, вход формирователя 4 сиг- нала задающей частоты соединен с выходом формирователя 2 сигналов частот первой сетки, а второй вход нелинейного смесителя 5 соединен с выходом форм.ирова- теля 3 сигналов частот второй сетки (фиг. 1, связь показана сплощной линией) или фор- мирователя 2 сигналов частот первой сетки (связь показана штриховой линией).

Способ формирования шкалы частот тонов многоголосных ЭМИ по методу биений заключается в следующем.

Из сигнала опорной частоты, численное значение которой выражается единицей в старшем разряде и нулями в остальных, предварительно формируют сигналы частот первой сетки. Численные значения этих час- тот выраи аются единицами в старших разрядах и нулями в остальных и различаются между собой количеством старших разрядов, выраженных единицей. Из сигналов частот первой сетки формируют сигналы частот второй сетки в целые числа бо- лее высокие. После этого для получения каждого сигнала задаюилей частоты выбирают соответствую1цие сигналы частот сеток, с которыми выполняют 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 выбранных 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 боксовой частоты на каждого

очередного продукта смен1ения до получения сигнала задающей частоты. При этом первым выбирают сигнал такой частоты, в численном значении которой последняя значащая цифра совпадает численно с последней значащей цифрой одноименного разряда численного значения получаемой задающей частоты, каждый последующий сигнал частот сеток выбирают с численным значением частоты, содержащим меньшее количество значащих разрядов по сравнению с численными значениями частот предыдущих из выбранных сигналов, и таким, при котором в численном значении частоты каждого последовательно выделяемого сигнала выбранной (верхней или нижней) боковой частоты возрастает количество младших разрядов, совпадающих по значению с одноименными разрядами численного значения частоты получаемого сигнала задающей частоты. Операции формирования сигнала задающей частоты прекращают после выделения из очередного продукта нелинейного смещения такого сигнала fe боковой частоты, численное значение частоты которого отличается от численного значения частоты одного из сигналов fc частот сеток на величину численного значения частоты фор.- мируемого тона, причем последний из выделенных сигналов боковой частоты является сигналом задающей частоты. Для получения каждого сигнала тона каждый сигнал задающей частоты нелинейно смешивают с соответствующим сигналом частот сеток и выделяют разностную частоту из продукта смешения.

При этом для формирования сигналов частот первой сетки сигнал пониженной в десять раз опорной частоты нелинейно смешивают с сигналом опорной частоты и из продукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты. Затем повторяют нелинейное смешение каждого последнего из выделенных ,из продукта смещения сигнала верхней боковой частоты, пониженной в десять раз, с сигналом опорной частоты и выделение из продукта смегиения очередного сигнала верхней боковой частоты до окончания формирования всех сигналов частот первой сетки, при этом каждый вы-- деленный сигнал верхней боковой частоты является сигналом частот первой сетки.

Формируют 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 разрядов после запятой десятичной дроби перед последней значащей цифрой численного значения частоты тона, имеюп1его наибольшее количество таких разрядов в пределах диапазона электронного музыкалы101 о инструмента, если частоты TOHOR выражены в

герцах или в кратных им единицах измерения.

Сигнал опорной частоты, кроме того, используют и как сигнал первой секции частот При формировании сигналов частот второй сетки сигналы частот первой сетки умножают максимум в 9 раз.

Кроме того, опорную частоту выбирают в диапазоне радиочастот, что упрощает фильтрацию выходных сигналов.

Формирователь сигналов частот первой сетки (фиг. 2) содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных делителей 7 частоты с коэффициентом деления десять, нелинейного смесителя 8 и избирательного фильтра 9 верхней боковой частоты. При этом один из выходов формирователя сигналов частот первой сетки, вход делителя 7 частоты первой из цепочек и вторые входы нелинейных смесителей 8 всех цепочек соединены с входом формирователя частот первой сетки. Выход каждого фильтра 9 соединен с соответствующим выходом формирователя сигналов частот первой сетки.

Формирователь (фиг. 3) сигналов частот второй сетки содержит набор умножителей 10 частоты по числу сигналов частот первой сетки. Входы умножителей 10 частоты каждого набора соединены с соответствующим входом формирователя частот второй сетки, а выходы - с его соответствующими выходами. Количество умножителей частоты в каждом наборе не превыщает восьми, а коэффициенты умножения соответствуют целым числам, лежащим в пределах от 2 до 9.

Формирователь (фиг. 4) задающей частоты содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных нелинейного смесителя 11 и избирательного фильтра 12 боковой частоты. Первый вход нелинейного смесителя 11 первой цепочки и вторые входы нелинейных смесителей 11 всех цепочек являются входами формирователя и соединены с соот- ветствующими выходами сигналов частот первой и второй сеток. Порядок соединения определяется конкретным алгоритмом получения задающих частот согласно предлагаемому способу. Выход фильтра 12 последней цепочки соединен с выходом формирователя 4. Количество формирователей 4 задающих частот должно быть равно количеству тонов в диапазоне звучания ЭМИ.

Формирование частот производят следующим образом.

Электрические колебания опорной частоты fo 100,000,00 Гц выбрабатывают генератором опорной частоты, стабилизированным кварцевым резонатором.

Из сигнала опорной частоты fo формируют сигналы первой сетки частот следующим образом. Делят на десять частоту

сигнала fo, полученный сигнал нелинейно смещивают с сигналом опорной частоты fo и из продукта смещения выделяют сигнал верхней боковой частоты, которая имеет следующее значение:

f,2 fo+ fo/10 : 110.000,00 Гц.

Частоту fi2 выделенного сигнала понижают в 10 раз, после чего сигнал пониженной частоты fi2/10 нелинейно смещи вают ,, с сигналом fo опорной частоты и из продуктов смещения вновь выделяют сигнал верхней боковой частоты fia с численным значением.

f,3 fo+f,2/10 111.000,00 Гц.

Аналогично понижением в 10 раз частот 5 fi3;...Jim, нелинейным смещением этих сигналов с сигналом опорной частоты и выделением сигналом верхних боковых частот из продукта смещений получают частоты 5;i3+i).---,f(im-i-i). В результате преобразований получают следующие сигналы первой сетки 0 частот, Гц

f, 100.000,00;

f,2 110.000,00;

f,3 111.000,00;

fi4 111.100,00; 5 f,5 111.110,00;

f,s 111.111,00;

fi7 111.111,10;

f,8 111.111,11;

предельная частота которых может дости- 0 гать численного значения f 111.Ill,(1)... .

В состав частот первой сетки входит опорная частота fii fo.

Сигналы частот первой сетки формируют

5 так, чтобы численные значения частот первой сетки выражались только единицами и нулями и различались между собой количеством разрядов, выражающихся единицей, причем в численных значениях частот перQ вой сетки единицы должны быть сосредото- . чены только в старщих разрядах, а нули - в младщих.

Количество частот первой сетки формируют в зависимости от точности формирования частот тонов (до десятых, сотых или

5 тысячных долей герца) и от выбранного значения опорной частоты Q; чем выще опорная частота и точность формирования частот тонов, тем с большим количестбом частот формируют первую сетку. Исходя из этого, у последнего из сформированных

0 сигналов частот первой детки количество единиц в численном значении ее после запятой должно быть больще на одну числа разрядов после запятой до самой младщей значащей цифры того из сформированных тонов, у которого в пределах диапазона звучения ЭМИ количество таких разрядов наибольшее. При формировании частот тонов с точностью до сотых долей герца последней из сформированных сигналов частот первой сетки в численном ты должен иметь два той, равных единице. В условию удовлетворяет f,8 111.111,11 Гц.

Затем формируют си сетки. Для этого умножтоту каждого из сигн сетки, Б результате чещую сетку частоты, ц:

„ 200.000,00;

f22 220.000,00;

(23 222.000,00;

f24 222.200,00;

f25 222.220,00;

f26 222.222,00;

f27 222.222,20;

f28 222.222,22;

{31 300.000,00;

32 330.000,00;

зз 333.000,00;

f34 333.300,00;

f35 333.330,00;

Гзб 333.333,00;

(з7 333.333,30;

f38 333.333,33;

f4i 400.000,00;

f42 440,000,00;

{43 444.000,00;

f44 444.400,00;

45 444.440,00;

f46 444.444,00;

f47 444.444,40;

f48 444.444,44;

f5, 500.000,00;

f52 550.000,00;

f53 555.000,00;

{54 555.500,00;

f55 555.550,00;

f68 666.666,66; bi 700.000,00; „ 770.000,00 f73 777.000,00;

f78 m.777,77;

f8i 800.000,00; f82 880.000,00;

f88 888.888,88; f9i 900.000,00;

f98 999.999,99;

0

0

5

Из сигналов частот первой и второй сеток получают задающие частоты. Например, при формировании тона «До субконтрок- тавы, имеющего значение частоты 16,35 Гц, из сигналов частот сеток выбирают сигнал такой частоты, младший значащий разряд численного значения которой равен соответствующему последнему значащему разряду численного значения частоты сигнала задающей частоты . 100.016,35 Гц, т.е. выбирают сигнал второй сетки с частотой 58 555.555,55 Гц.

Этот сигнал нелинейно смешивают с сигналом такой из частот сеток, при котором выделением из продукта смешения сигнала боковой частоты получают сигнал с частотой fsi, два младщих разряда в численном значении которой совпадают с одноименными разрядами численного значения получаемого сигнала задающей частоты. Такому условию удовлетворяет частота zi сигнала второй сетки f2 222.222,20 Гц.

Сигналы с частотами f58 и f27 нелинейно смешивают и выделяют сигнал нижней боковой частоты

5 333.333,35 Гц.

Выбрав частоту зб сигнала второй сетки, нелинейно смешивают его с сигналом частотой {б1 и выделяют сигнал верхней боковой частоты ftfj из продукта смешения

f36 333.333,00 Гц;

f62 f6,-f f36 666.666,35 Гц.

Аналогично производят последнее преобразование с выбранной частотой fss сигнала второй сетки

f55 555.550,00 Гц;

f63 {б2-f55 111.116,35 Гц.

На этом дальнейшие операции по формированию задающей частоты прекращаются, так как сигнал с частотой fes в сравнении с частотой первой сетки отличается на значение частоты формируемого тона «До субконтроктавы. Нижняя боковая частота fes является задающей частотой тона «До субконтроктавы

Сигнал этой частоты нелинейно смещи- вают с сигналом fn частот первой сетки и из продукта смещения фильтром нижних частот выделяют сигнал нижней боковой частоты (разностный сигнал) , который является тоном «До субконтроктавы

fi4 111.100,00 Гц; Rao cK fflocK-fi4 16,35 Гц.

Аналогичными приемами формируют и ос0 тальные частоты тонов диапазона ЭМИ, в

том числе и частоту наивысщего тона ЭМИ,

например частоту тона «Си пятой октавы,

равную Рси5 7.902,13 Гц

f6, f38-f27 111.111,13 Гц;

бг f6,+f,6 222.222J3 Гц;

f63 f62+ f85 1.111.102,13 Гц;

0

5

0

5

5

б4 бз-f24 888.902.13 Гц; f65 f64-fi3 777.902.13 Гц;

б5 fcns;

f72 770.000.00 Гц;

f си5 fcH 5-f72 7.902,13 Гц.

В первом примере при формировании тона 16,35 Гц получают сигнал задающей частоты 111.116.35 Гц, в чис- ленном значении частоты которого старшие разряды выражены единицами. Для смещения с сигналом выбран сигнал первой сетки частот fi4 111.100,00 Гц, в численном значении частоты которого старшие раз- ряды также выражены единицами, но количество таких старших разрядов на один меньше количества выраженных единицами старших разрядов в численном значении частоты сигнала доск.

Во втором примере для смешения с сигна- лом задающей частоты f«.c, 777.902,13 Гц, три старщих разряда численного значения частоты которого выражены семерками, выбран сигнал второй сетки частот с численным значением частоты Ф72 770.000,00 Гц, в котором два старших разряда выражены также семерками, т.е. старших разряда с семерками на один меньше.

Таким образом, для С1у1ещения с сигналом задающей частоты выбирают сигнал первой сетки частот, если старшие разряды численного значения частоты сигнала задающей частоты выражены единицами, или второй сетки частот, если старшие разряды численного значения частоты сигнала задающей частоты выражены любыми одинаковыми цифрами, кроме единицы. При этом цифры старших разрядов обоих смешиваемых сигналов должны быть одинаковыми, а в выбранных для смешения сигналах сеток частот должно быть на один такой разряд мень- ще в сравнении с количеством старших разрядов в смешиваемом сигнале задающей частоты.

В соответствии с этим в устройстве, реализующем предложенный способ формирования частот тонов, один из входов нелинеи

ного смесителя соединен с выходом формирователя первой сетки частот, если на другой вход этого нелинейного смесителя подан сигнал задающей частоты, старший разряд численного значения частоты которого выражен единицей, или с формирователем сигналов второй сетки частот, если на другой вход нелинейного смесителя поган сигнал задающей частоты, старший разряд численного значения частоты, которого выражен любой цифрой, кроме единицы.

Те же частоты тонов могут быть сфор- мированы с использованием других частот сеток. Опорный генератор может вырабатывать другое значение опорной частоты, что приведет к другим значениям частот сеток. Задающие частоты могут быть сформированы как выше, так и ниже смешиваемых с ними частот сеток.

В общем случае при опорной частоте f;, 100.000,00 Гц для получения тона час

5 Q

5

5 0 5

0

5

0

5

тотой АБВГ, ДЕ Гц необходимо сформировать задающую частоту

f УУА, ББГ, ДЕ Гц.

Для этого из сигналов частот сеток первым выбирают сигнал с частотой.

fi ЕЕЕ.ЕЕЕ:ЕЕ Гц.

младший значащий разряд численного значения которой совпадает по значению с одноименным разрядом численного значения частоты f. Затем из сигналов частот сеток выбирают второй сигнал с частотой f2 Х2Х2Х2.Х2Х2Х2, Х20 Гц, В численном значении которой разрядов со значащими цифрами на один меньше в сравнении с численным значением частоты fi.

Кроме того, цифра Х2 численного значения частоты f2 должна иметь такое численное значение, при котором после нелинейного смешения частот fi и f2 и выделения из продукта смешения выбранной (верхней или нижней) боковой частоты в численном значении последней два младших разряда совпадут численно с одноименными разрядами частоты f. Нелинейно смешивают сигналы с частотами f| и f2 и выделяют сигнал одной из боковых частот f6, EEE.EEE,EE + X2X2X2.X2X2X2, ХгО- У,У,УиУ,У,У,, ДЕ

Затем из сигналов частот сеток выбирают третий сигнал частотой

f3 ХзХзХз.ХзХзХз, 00 Гц, в численном значении которой разрядов со значащими цифрами на один меньше в сравнении с численным значением частоты h, а цифра Хз должна иметь такое численное значение, при котором после нелинейного смешения сигналов с частотами fe, и Гз и выделения из продукта смешения сигнала выбранной (верхней или нижней) боковой частоты в численном значении последней три младших разряда совпадут численно с одноименными разрядами частоты f. Нелинейно смешивают сигналы с частотами fei и fa и выделяют сигнал одной из боковых частот ,У,У,.У,У,У,, ДН ± ХзХзХз-ХзХзХз, 00

У2У2У2.У2У2Г, ДЕ.

Аналогично, последовательно выбирая сигналы частот сеток с меньшим количеством значащих разрядов в численных значениях их частот, нелинейно смешивая каждый очередной выбранный сигнал с каждым последним из выделенных сигналов боковых частот и выделяя каждый очередной сигнал боковой частоты, добиваются последовательного возрастания в численных значениях выделяемых частот разрядов, совпадающих с одноименными разрядами численного значения формируемой задающей частоты f:

Гбз У2У2У2У2У2Г, ДЕ±Х4Х4Х4Х4Х40, 00

УзУзУзУзВГ. ДЕ;

fe4 УзУзУз.УзВГ, ДЕ ± ХяХзХз.

У4У4У4ВВГ, ДЕ;

б5 У4У4У4.БВГ, ДЕ± ХбХбХб,000, 00 У5У5А.БВГ,ДЕ.

На этом прекращают процесс формирования задающей частоты f, так как боковая частота б5 и частота сетки 7 ХуХтО.ООО.ОО УзУвО.ООО.ОО различаются между собой на значение частоты тона F А.БВГДЕ.

Боковая частота fes является сформированной задающей частотой f

65 f.

Нелинейно смещивают задающую частоту f с частотой f сетки и из продукта смещения выделяют частоту формируемого тона как нижнюю боковую частоту F УзУбА.БВГЛЕ - УбУбО.ООО.ОО

А.БВГ,ДЕ.

Частоты тонов могут быть сформированы с любой степенью точности и удовлетворяющие любой кривой .настройки ЭМИ, например кривой 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.

Музыкальный строй генератора щкалы частот тонов не нарушается даже в том случае, когда опорная частота не стабилизирована кварцевым резонатором.

Предлагаемый генератор щкалы частот тонов позволяет реализовать гармонический метод темброобразования также просто, как он реализуется в ЭМИ типа «Терменвокс.

Предлагаемые способ и реализующий его генератор проще известных при сохранении всех характеристик.

Формула изобретения

5

няют следующие операции: один из выбранных сигналов нелинейно смещивают с другим выбранным сигналом, из продукта смещения выделяют первый сигнал боковой

частоты, который нелинейно смещивают с третьим из выбранных сигналов и выделяют второй сигнал боковой частоты, затем продолжают нелинейное смещение каждого последнего из выделенных сигналов боковых частот с каждым очередным из выбранных сигналов частот сеток и выделение сигнала боковой частоты из каждого очередного продукта смещения до получения сигнала задающей частоты, при этом первым выбирают сигнал такой частоты, в числеином С значении которой последняя значащая цифра совпадает численно с последней значащей цифрой одноименного разряда численного значения получаемой задающей частоты, каждый последующий сигнал частот сеток выбирают с численным значением час0 тоты, содержащим меньшее количество значащих разрядов в сравнении с численными значениями частот предыдущих из выбранных сигналов и таким, при котором в численном значении частоты каждого последовательно выделяемого сигнала выбранной (верхней или нижней) боковой частоты возрастает количество младщих разрядов, совпадающих по значению с одноименными разрядами численного значения частоты получаемого сигнала задающей час0 тоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования частот путем сокращения количества операций формирования сигналов задающих частот, формирование сигнала задающей частоты прекращают после выделения из очередного

5 продукта нелинейного смешения такого сигнала fe боковой частоты, численное значение частоты которого отличается от численного значения частоты одного из сигналов fc сеток частот на величину численного значения частоты формируемого тока, сиг нал б последний из выделенных боковых частот является сигналом задающей частоты, который нелинейно смещивают с сигналом fc сеток частот, при этом для нелинейного смешения выбирают из сеток частот

с такой сигнал fc, старшие разряды численного значения частоты которого и старшие разряды численного значения частоты сигнала fe задающей частоты выражены одинаковыми цифрами, а в чи сленном значении частоты, выбранного сигнала fc сеток частот

0 таких одинаковых старщих разрядов на один меньше в сравдении с численным значением частоты сигнала fe сигнала задающей частоты.

второй выход - с первым входом формирователя задающих частот, йторой вход которого соединен с выходом формирователя второй сетки частот, а выход - с первым входом смесителя, выход которого соединен с выходом генератора шкалы частот тонов через фильтр нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения надежно10

Z

Частать/ Sfnopou ce/77/fi/

% fff/7T

фиг.З

сти работы генератора шкалы частот тоиов, второй вход смесителя соединен с третьим выходом формирователя первой сетки частот при старшем разряде, выраженном еди- цей, значения частоты сигнала задающей частоты либо с выходом формирователя второй сеткой частот при старшем разряде, выраженном любой цифрой, кроме единицы.

Ю

Ю

хЗ

9