Электромузыкальный инструмент Советский патент 1989 года по МПК G10H1/00 

11-п Фиг.1

Изобретение относится к музыкальным инструментам и может быть использовано при их конструировании и использовании в концертной деятельности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обогащения и изменения тембра,и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фоне звука той же частоты и исключения влияния демпферов на формирование огибающей звукового сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-схема электромузыкального имструмента; на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие его работу; на фиг, 3 - диаграмма, поясняющая заполнение огибающих звука при исполнении тремоло,

Электромузыкальный инструмент содержит акустический блок 1, последовательно соединенные блок 2 задающих генераторов и блок 3 делителей частоты, источник 4 питания, блок 5 сустейна, п демпферов 6-1-6-п, первые входы которых соединены с выходом блока 5 сустейна, п модуляторов 7-1-7-п, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом акустического блока 1, п блоков 8-l-8-n .манипуляции, которые содержат соответственно ключи 9-1-9-п клавиатуры, формирователи 10-1-10-п импульсов запуска, блоки 11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука и последовательно соединенные усилитель 12-1-12-п и блоки 13-1-- -13-п накопления, вторые входы которых являются первыми входами блоков 8-1-8-п манипуляции и подключены к выходам соответствующих демпферов 6-1-6-п,а выходы являются выходами блоков 8-1-8-п манипуляции и соединены с первыми входами соответствующих модуляторов 7-1-7-п, причем переключающие контакты ключей 9-1-9-п клавиатуры соединены с выходами соответствующих формирователей 10-1-10-п импульсов запуска, а замыкающие - с входами соответствующих усилителей 12-1-12-п, и источник 14 регулируемого напряжения. Блоки 11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука содержат соответственно последовательно соединенные формирователи 15-1-15-п импульсов, входы которых являются первыми входами блоков

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука и соединены с выходом соответствующих усилителей 12-1-12-п, аттенюаторы 16-1-16-п напряжения, блоки 17-1-17-п дифференцирования, выходы которых являются выходами блоков 11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука и соединены с вторыми входами соотг- ветствующих модуляторов 7-1-7-п, а вторые входы являются вторыми входами блоков 11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука и подключены к соответствующим выходам блр- ка делителей, при этом п выходов источника 14 регулирования напряжения подключены соответственно к вторым входам соответствующих аттенюаторов 16-1-16-п напряжения, которые являются третьими входами соответствующих блоков 11-1-11-п регулирования затуханием огибающей звука, при этом размыкающие контакты каждого из ключей 9-1-9-п клавиатуры являются вторыми входами блоков 8-1- -8-п манипуляции и соединены с вторыми выходами соответствующих демпфе- ров 6-1-6-п, вторые входы каждого из которых соединены с выходом ис- точника 4 питания.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а - серия октавных звуков, сформированных на выходе блока 3 депителей; б - импульс запуска на выходах усилителей 12-12-п; в - огибаю- щая звукового сигнала на выходах блоков 13-1-13-п накопления} г - отрицательный импульс, сформированный формирователями 15-1-15-nj д - напряжение на выходе источника 14 регулируемого напряжения; е - импульс на выходах аттенюаторов 16-1-1б-п напряжения; ж - импульс на выходах блоков 17-1-17-п дифференцирования} з - диаграмма заполнения огибающей импульсами.

Электромузыкальный инструмент работает следующим образом.

При включении электромузыкального инструмента блок 2 задающих генераторов начинает генерировать колебания основных звуковых частот (блок 2 задающих генераторов может содержать и другие вспомогательные генераторы, например для обеспечения эффекта вибратор). В блоке 3 делителей частоты происходит деление этих частот

и образование серии октавных звуков (фиг. 2 а соответствующих диапазону частот, получаемому при нажатии ключей 9-1-9-п клавиатуры блоков 8-1- -8-п манипуляции. Колебания с выходов блока 3 делителей частоты поступают на блоки 17-1-17-п дифференцирования соответственно их тональности, где дифференцируются(фиг. 2 ж, на участке t0- t, их нулевой уровень совпадает с осью времени), а затем на входы -г модуляторов 7-1-7-п Однако пока модуляторы 7-1-7-п не « будут открыты, сигнал через них не проходит. Для запуска модуляторов 7-1-7-п Необходимо нажать на один из ключей 9-1-9-п. Это вызывает подключение формирователей 10-1-10-п импульса запуска к входам уси- лителей 12-1-12-п. При этом энергия, накопленная формирователями 10-1-10-п импульса запуска от источника 4, поступает как импульс запуска на усилители 12-1-12-п (фиг.2 б). Усиленный импульс запускает блоки 13-1-13-п накопления, в которых формируется огибающая звукового сигнала (фиг. 2в), которая и открывает модуляторы 7-1-7-п. Одновременно усилен- ный импульс с выходов усилителей 12-1-12-п поступает на формирователи 15-1-15-п, где формируется отрицательный (в данном случае) импульс (фиг.2г), который затем через аттенюаторы 16-1-16-п напряжения поступает на входы блоков 17-1-17-п дифференцирования, смещая нулевой уровень продиференцированных колебаний звуковой частоты. Дополнительно на вто

рые входы аттенюаторов 16-1-16-п подается регулируемое напряжение от регулируемого источника 14 (фиг,2д) величиной U, которое смещает отрицательный импульс (фиг.2е) и нулевой уровень -продиференцированных колебаний с момента t, до уровня 1 (фиг.2 Длительность импульса в формирователях 15-1-15-п устанавливают равной длительности запускающего импульса, которая определяет тембровый акцент звука, устанавливающий в начале возникновения звука. В данном случае он соответствует уровню 0,1 амплитуды импульса запуска (фиг. 26). Можно не привязываться к длительности им- пульса запуска, однако это уже не будет оптимальным схемотехническим решением с точки зрения простоты

5 0 5 Q

0

схемы, особенно в случае обеспечения различимости слабого сигнала на фоне сильного той же частоты, т.е. гипердинамического диапазона.

Таким образом, с самого начала открывания модуляторов 7-1-7-п огибающая звукового сигнала начинает заполняться импульсами длительностью, пропорциональной длительности соответствующих продифференцированных сигналов звуковой частоты (фиг. 2з). Управление огибающей звука осуществляется дополнительно демпферами 6-1-6-п каждый из которых связан с блоком 5 сустейна, что обеспечивает звучание инструмента при снятых с клавиатуры пальцах исполнителя. Демпферы 6-1-6-п могут быть, напри-ч мер, выполнены фоторезисторными или электронными, регулировка в них осуществляется бесконтактным способом управления усилением звука. Сочетание пальцевого и педального управления звуком позволяет исполнителю легко добиться нужных динамических оттенков музыкальной пьесы.

Пример 1. Воспроизведение сильного удара.

В момент t, при ударе возникает импульс запуска длительностью t,-ta (фиг.16). Этот импульс проходит через усилители 12-1-12-п, блоки 13-1-13-п накопления и формирователи 15-1-15-п импульсов. В блоках 13-1- -13-п формируется огибающая звука, а в формирователях 15-1-15-п отрицательный импульс длительностью t,-ta (фиг.2г). Продифференцированные в блоках 17-1-17-п импульсы звуковых колебаний поступают на входы модуляторов 7-1-7-п, которые уже открыты огибающей звука на время t.-t. Импульс с выходов формирова-, телей 15-1-15-п, просуммированный с напряжением, равным U (фиг.2д), поднимает нулевой уровень продиференцированных импульсов на уровень 1 (фиг.2ж). В данном частном случае он отрегулирован на совпадение с уровнем напряжения на входах открытых модуляторов 7-1-7-п. При этом огибающая заполняется импульсами длительностью, равной 0,5 Т (периода) звуковых колебаний (фиг.2з), которые и определяют тембр звука и его акценту формируемый в течение t(-ta. По окончании импульса (t2) (фиг,2г) сиг(t4-t5) (фиг. 26) и в блоках 13-1- -13-п формируется огибающая (t«.-t6 (фиг. 2в). Но поскольку блоки 13-1 -13-п уже формируют огибающую перв

нал смещается на уровень 2 (фиг.2ж) определяемый только значением U , и через модуляторы 7-1-7-п проходят вершины продифференцированных импуль- сов, создавая в огибающей короткие импульсы с большой скважностью (фиг.2з), которые с его выхода проходят на акустический блок 1, и так до конца огибающей (t7).Ю

Пример 2. Воспроизведение слабого звука.

При этом подразумевается, что звук (t.-t7) отсутствует: импульса запус- ка t,-ta) не было. При слабом (мед- 15

го сигнала большой амплитуды и дли тельности, то вторая просто не вос производится. Однако при t формируется и отрицательный импульс (фиг. 2г). Допустим, что перед уда ром уменьшают напряжение на выходе источника 14 с U1 до и (фиг.2д),

при этом импульс снижается с уровня 4 до уровня 5 (фиг. 2е) в реленном) ударе по ключам 9-1-9-п запускающий импульс имеет меньшую амплитуду и длительность (t4-tg.) (фиг.2б). Соответственно, огибающая звука (фиг.2г) также меньшей,амплитуды и длительности. Кроме того, меньшую длительность имеет и импульс на выходах формирователей 15-1-15-п (фиг.2г). Как и в примере 1, в начале звука огибающая при t4-tg- получает более широкие импульсы (меньшую скважность), а после окончания этого импульса (t ) импульсы, как и в примере 1, становятся узкими - скважность резко возрастает.

Пример 3, Воспроизведение на фоне сильного звука (t,-t7)a- бого звука (t4-t6) (выделено фигурной скобкой на фиг.2э). На этом примере видно, как меняя напряжение на выходе источника, можно управлять скважностью, а следовательно, и тембпульсы занимают уровень 3 (при ), т.е. скважность уменьшается (чуть больше 2). Огибающая звука начинает заполняться широкими импул

2о сами, что подчеркивает новый тембровый акцент звука, создавая слуховое ощущение вновь возникшего звука, но меньшей амплитуды. Этот эффект весьма яркий, так как все

25 импульсы и первого звука (узкие), и второго (широкие) формируются из одних и тех же продифференцированных колебаний от блока 2, но с разными уровнями в начале звука. Раз3Q личие звуков при исполнении тремол (фиг.З) обеспечивается за счет изменения спектра частот в начале каждого звука.

Формирователи 10-1-10-п служат для формирования импульсов запуска

35 (фиг02б) приводящих к появлению

зйука заданной ноты, что обеспечи вается ключами 9-1-9-п в клавиатуре инструмента. В простейшем виде формирователи 10-1-10-п могут быть выполнены в виде емкости, заряженной от источника и разряжающейся п нажатии ключей 9-1-9-п, либо в вид

ровым акцентом.

Образование сильного сигнала не отличается от приведенного в приме- ре 1, так же возникает импульс запуска () (фиг. 26), которым формируется огибающая ().H одновременно формируется отрицательный импульс (фиг.2г). Этот импульс, про- суммированный с напряжением U , определяет уровень дифференцированных импульсов на входах модуляторов (7-1-7-п формирующих импульсы заполнения огибающей. При этом в начале звука будут импульсы малой скважности (), равной 2, а после окончания отрицательного импульса - с Эольшой скважностью.

Теперь произведем слабый удар (с малой скоростью) при еще не закончившемся первом звуке сильного удара. При этом возникает импульс запуска

14765256

(t4-t5) (фиг. 26) и в блоках 13-1- -13-п формируется огибающая (t«.-t6) (фиг. 2в). Но поскольку блоки 13-1- -13-п уже формируют огибающую перво) - Ю

го сигнала большой амплитуды и длительности, то вторая просто не воспроизводится. Однако при t формируется и отрицательный импульс (фиг. 2г). Допустим, что перед уда ром уменьшают напряжение на выходе источника 14 с U1 до и (фиг.2д),

при этом импульс снижается с уровня 4 до уровня 5 (фиг. 2е) в

пульсы занимают уровень 3 (при ), т.е. скважность уменьшается (чуть больше 2). Огибающая звука начинает заполняться широкими импульсами, что подчеркивает новый тембровый акцент звука, создавая слуховое ощущение вновь возникшего звука, но меньшей амплитуды. Этот эффект весьма яркий, так как все

импульсы и первого звука (узкие), и второго (широкие) формируются из одних и тех же продифференцированных колебаний от блока 2, но с разными уровнями в начале звука. Различие звуков при исполнении тремоло (фиг.З) обеспечивается за счет изменения спектра частот в начале каждого звука.

Формирователи 10-1-10-п служат для формирования импульсов запуска

(фиг02б) приводящих к появлению

зйука заданной ноты, что обеспечивается ключами 9-1-9-п в клавиатуре инструмента. В простейшем виде формирователи 10-1-10-п могут быть выполнены в виде емкости, заряженной от источника и разряжающейся при нажатии ключей 9-1-9-п, либо в виде

постоянного магнита, двигающегося внутри катушки при нажатии ключа, что вызывает импульс тока, амплитуда и длительность которого зависит от скорости перемещения постоянного магнита, т.е. скорости и силы удара по клавише, либо в виде опт- рона и т.д.

Блоки 13-1-13-п накопления формируют сигнал огибающей звука. Они представляют собой запертый тран- зисторный каскад с емкостью. Транзистор отпирается импульсом от форм мирователей 10-1-10-п, емкость перезаряжается, а на нагрузке транзистора появляется требуемый сигнал

бающей будущего звука заданной Длительности. Каскад сустейна КС (педал сопряжения аккордов) функционально предназначен для обеспечения звуча- ния инструмента при снятых с клавиатуры пальцах и обеспечивается это, например, отсоединением земли от блоков 13- 1 -13-п, т.е. емкрсть не разряжается или разряжается значи- тельно Медленнее. Формирователи 11-1-11-п импульсов создают отрицательный импульсный сигнал, смещающий нулевой уровень продифференцированных колебаний. При этом длительность этого импульса равна длительности запускающего импульса (фиг.2г), что и определяет тембровый акцент звука. Этот каскад может быть выполнен в виде мультивибратора, блокинг-гене- ратора, операционного усилителя в заданном режиме и т.д. Функция 17-1- -17-п дифференцирования заключается в воздействии на колебания звуковой частоты с целью получения из них дифференцированных импульсов и обеспечением изменения скважности указанных колебаний. Схемно это обеспечивается либо элементарной КС-цепью, либо в сочетании с транзисторами, диодами и т.д. Изменение напряжения с U до U и наоборот может быть получено например, с помощью делителя напряжения с переключателем (потен- циометр и т.д.), который может быть

соединен с ручкой или ножной педалью.

Таким образом, в электромузыкальном инструменте в процессе воспроизведения звука блоки 11-1-11-п не только регулируют затухание огибаю- щей звуковых колебаний, но осуществляют регулировку скважности звуковых колебаний, обогащая тембр и тембровый акцент звукового сигнала. Кроме того, подключение блоков 10-1-10-п запуска к источнику 4 питания через демпферы 6-1-6-п приводит к исключению зависимости работы блока манипуляции от работы демпферов 6-1-6-п, что уменьшает искажение огибающей звукового сигнала.

Формула изобретения

Электромузыкальный инструментусо- держащий акустический блок, последовательно соединные блок задающих генераторов и блок делителей частоты, источник питания, блок сустейна,

,- jg 15 20 25 зо

35

40 5

50

5

п демпферов, первые входы которых соединены с выходом блока сустейна, п модуляторов, выход каждого из которых соединен с соответствующим

входом акустического блока, п блоков манипуляции, каждый из которых содержит ключ клавиатуры, формирователь импульсов запуска, блок регулирования затуханием огибающей звука и последовательно соединенные усилитель . и блок накопления, второй вход которого является первым входом блока манипуляции и подключен к выходу соответствующего демпфера, а выход является выходом блока манипуляции и соединен с первым входом соответствующего модулятора, причем переключающий контакт каждого ключа клавиатуры соединен с выходом соответ- ствующего формирователя импульсов запуска,а замыкающий - с входом соответствующего усилителя, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения качества звучания путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фоне той же частоты и уменьшения искажения огибающей звукового сигнала, в него введены источник регулируемого напряжения, а каждый блок регулирования затуханием огибающей звука содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого .является первым входом блока регулирования затуханием огибающей звука и соединен с выходом соответствующего усилителя, аттенюатор напряжения, блок дифференцирования, выход которого является выходом блока регулирования затуханием огибающей звука и соединен с вторым входом соответствующего модулятора, а второй вход является вторым входом блока регулирования затуханием огибающей звука и подключен к соответствующему выходу блока делителей, при этом каждый из п выходов источника регулируемого напряжения подключен к второму входу соответствующего аттенюатора напряжения, который является третьим входом соответствующего блока регулирования затуханием огибающей звука, при этом раз- i мыкающий контакт каждого ключа клавиатуры является вторым входом блока манипуляции и соединен с вторым

1 г г г г г

kjLkj

йЈИ

Изобретение относится к музыкальным инструментам и может быть использовано при их конструировании. Цель изобретения - повышение качества звучания, достигается путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фонезвука той частоты, что и частота слабого сигнала, и уменьшения искажения огибающей звукового сигнала. Это достигается за счет введения источника 14 регулируемого напряжения, а в каждый блок 11-1....11-N регулирования затухания огибающей звука - формирователя 15-1...15 N импульсов, аттенюатора 16-1...16-N напряжения, блока 17-1...17-N дифференцирования, и образования новых функциональных связей. Устройство также содержит акустический блок 1, блок 2 задающих генераторов, блок 3 делителей частоты, источник 4 питания, блок 5 сустейна, демпфер 6-1...6-N, модулятор 7-1...7-N, блок 8-1...8-N манипуляции, ключ 9-1...9-N клавиатуры, формирователь 10-1...10-N импульсов запуска, усилитель 12-1...12-N и блок 13-1...13-N накопления. 3 ил.

ijt,

Фиг.з

Составитель Г.Доценко Редактор А.Огар Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

птг

иш