Формирователь тонального сигнала Советский патент 1989 года по МПК G10H5/10 

7 8.

(Л

Изобретение может быть использовано , в частности, в электромузыкальных синтезаторах. Формирователь (Ф) тонального сигнала содержит формирователь 1 управляющего кода, цифроаналоговые преобразователи 2, 12, делитель 3 частоты, резисторы 4,5,7,9, операционный усилитель 6, конденсатор 8, аналоговый ключ 10, операционное запоминающее устройство 11 формы выходного сигнала. Изобретение расширяет функциональные возможности Ф путем генерирования выходного сигнала регулируемой формы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

сд

о со со

00 00

ФИ9,1

10

Изобретение относится к электромузыкальным инструментам и может использоваться, в частности, в электромузыкальных синтезаторах (КС).

Недостатком устройства является ограниченный набор форм выходного сигнала - только прямоугольньй, треугольный и пилообразный, что понижает исполнительские возможности.

Сущность изобретения заключается в обеспечении возможности регулировки формы выходного сигнала путем раздельной регулировки зарядного и разрядного токов интегратора, которая выражается j в изменении коэффициента пропорциональности между коэффициентом деления,т.е. формируемой частотой и формируемым управляющим напряжением для получения зарядного и разрядного токов интегратора. 20 Поскольку регулируются только коэффициенты пропорциональности, форма выходного сигнала сохраняется для всего диапазона формируемых частот.

говый ключ 10 соединен с общей шиной, операционное запоминающее устройство (ОЗУ) 11 формы выходного сигнала, группа входов которого соединена с третьей группой выходов формирователя 1 управляющего кода, управляющий вход соединен с выходом делителя частоты и управляющим входом аналогового ключа 10, а группа выходов соединена с группой управляющих входов и второго цифроаналогового преобразователя 12, вход опорного напряжения которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя 2, а выход - с первым 4 и вторым 5 резисторами.

Устройс гво (фиг,2) также содержит компаратор 13, вход которого через Второй аналоговый ключ 14 соединен с выходом операционного усилителя 6, а выход через инвертор 15 соединен с первым входом элемента И 16, выход которого соединен с входом ОЗУ 11, а второй вход - с выходом делителя 3

При этом сокращается объем тональ- 25 частоты и первым врсодом элемента И-НЕ

ного оборудования, так как для формирования всех предложенных форм выходных сигналов делитель частоты может формировать только прямоугольный сигнал со скважностью 2 (меандр).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем генерирования выходного сигнала регулируемой формы.

На фиг.1-4 приведены-структурные схемы формирователя тонального сигнала по соответствующим пунктам формулы изобретения; на фиг.5 - формы выходных сигналов и их спектры; на фиг,6 - импульсная диаграмма работы устройства,

Формирователь тонального сигнала содержит формирователь 1 управляющего кода, первая и вторая группы которого соединены с группами входов управления соответственно первого цифроаналогового преобразователя 2 и делителя 3 частоты, тактовьй вход которого соединен с щиной опорной частоты, первый 4 и второй 5 резисторы, соединенные соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 6, неинвертирующий вход которого соединен через третий резистор

7с общей шиной, а через конденсатор

8- с выходом, являющимся выходом ; устройства, а неинвертирующий вход через четвертый резистор 9 и анало

0

0

говый ключ 10 соединен с общей шиной, операционное запоминающее устройство (ОЗУ) 11 формы выходного сигнала, группа входов которого соединена с третьей группой выходов формирователя 1 управляющего кода, управляющий вход соединен с выходом делителя частоты и управляющим входом аналогового ключа 10, а группа выходов соединена с группой управляющих входов и второго цифроаналогового преобразователя 12, вход опорного напряжения которого соединен с выходом первого цифроанало- гового преобразователя 2, а выход - с первым 4 и вторым 5 резисторами.

Устройс гво (фиг,2) также содержит компаратор 13, вход которого через Второй аналоговый ключ 14 соединен с выходом операционного усилителя 6, а выход через инвертор 15 соединен с первым входом элемента И 16, выход которого соединен с входом ОЗУ 11, а второй вход - с выходом делителя 3

0

5

0

17, второй вход которого соединен с выходом компаратора 13, а выход - с управляющим входом второго аналогового ключа 14,

Устройство (фиг.З) содержит программируемый одновибратор 18, первый вход которого соединен с выходом делителя 3 частоты, второй вход - с шиной тактовой частоты, с группой выходов, с-четвертой группой выходов формирователя 1 управляющего кода, а выход - с управляющим входом ОЗУ 11.

Устройство (фиг,4) содержит.дели- 19 частоты на 2, вход которого соединен с выходом делителя 3 часто- . ты, группа из п выходов которого соединена соответственно с п адресными входами ОЗУ 11 формы, т-1 выходов которого соединены т-1 входами ЦАП 2, 12, а один выход - с входом управления аналогового ключа 10.

Формирователь тонального сигнала (фиг,1) работает следующим образом.

В зависимости от информации, поступающей от клавиатуры и органов управления инструмента, формирователь 1 управляющего кода формирует управляющий код для делителя 3 частоты и первого цифроаналогового преобразо- 5 вателя 2, Выходное напряжение с первого цифроаналогового преобразователя 2 поступает в качестве опорного кап ряжения на вход второго цифро-анало

5

0

гового преобразователя 12,Последний имеет по .крайней мере два управляющих кода, которые хранятся в ОЗУ 11 формы выходного сигнала. ОЗУ 11 формы выходного сигнала имеет разделенные входы и выходы, а также независимые адреса для записи и считывания информации. Информационные входы и адресные входы для записи информации соединены с выходами формирователя 1 управляющего кода, а информационные выходы - с управляющими входами второго цифро-аналогового преобразователя

12, адресные входы считьгоания информа- g чений этого кода форма выходного сигции соединены с выходом делителя 3 частоты, который формирует сигнал прямоугольной формы. Этот же сигнал поступает на управляющий вход аналогового ключа 10, который осуществляет переключение направления интегрирования. Если на выходе делителя 3 частоты уровень логической 1, аналоговый ключ 10 открыт и происходит

20

нала имеет вид, показанный на фиг.Зь, а его спектр - вид, показанный на фиг,51. Если увеличивать значение кода, определяющего заряд конденсатора 8, то и максимальное значение выходного напряжения будет достигаться раньше, чем переключится фронт на выходе делителя 3, а при максимальном значении этого кода выходной сигнал

заряд, конденсатора 8, т.е, напряжение 25 будет иметь форму, близкую к прямона выходе операционного усилителя 6 растет. Скорость изменения выходного напряжения определяется кодами, поступающими на первый 2 и второй 12 цифроаналоговые преобразователи.

Сигнал логической 1, поступающий также на вход ОЗУ 11, подключает к второму преобразователю 12 регистр, содержащий код, который определяет заряд конденсатора 8, Когда выход делителя 3 частоты изменит свое состояние и установит логический О, аналоговый ключ 10 закроется и направление интегрирования изменится на противоположное. Одновременно переключится адресный вход ОЗУ 11 и на второй преобразователь 12 поступит новый код, который определяет скорость разряда конденсатора 8, При изменении информации от клавиатуры коды на де30

угольной (фиг,, а спектр его пика- зан на фиг,5е.

Таким образом, изменяя значения кода заряда конденсатора 8, можно получить форму выходного сигнала с желаемым спектральным составом, что и определяет в общем случае тембр форг- мируемого звукового сигнала.

Но при этом не возможно управлять скважностью выходного сигнала, в свя- 35 зи с чем ряд гармонических составляющих отсутствует в спектре выходного сигнала. Так при скважности 2 отсутт- ствуют четные гармоники, при скважности 4 - гармоники, кратные 4 и т.д. На фиг,2 и 3 показаны устройства, в которых этот недостаток устранен (при этом сохранена возможность получения форм выходного- сигнала, реализуемых устройством, показанным

40

литель 3 частоты и первый цифроанало- на фиг,1).

говый переключатель изменяются синх- Для обеспечения регулировки сквадронно, форма выходного -сигнала одина- ности в устройство (фиг,2) введены

второй аналоговый ключ 14 и компаратор 13, Когда на выходе делителя час- 50 тоты присутствует сигнал логической Принцип управления формой выходного сигнала заключается в следующем. Если напряжение на выходе операцикова для всего диапазона формируемых частот.

1, а напряжение на выходе операционного усилителя 6 не достигло максимального значения, на выходе компаратора 13 присутствует сигнал логичес- 55 кого О, так как напрял ение на прямом входе меньще напряжения U поданного на инверсный вход,

онногр усилителя 6 достигнет максимального значения одновременно с переключением выхода делителя 3 частоты из состояния логической 1 в состояние логического О, а минимальное значение напряжения будет достигнуто

одновременно с переключением выхода делителя 3 частоты из состояния логического О в состояние логической 1, на выходе операционного усилителя 6 будет формироваться сигнал треугольной формы (фиг.5а), спектр его имеет вид, показанный на фиг,5.Если код, определяющий разряд конденсатора 8 увеличить, напряжение на выходе операционного усилителя 6 будет достигать минимального значения раньше, чем переключится фронт на выходе делителя 3 частоты, при наибольшем значений этого кода форма выходного сигчений этого кода форма выходного сиг

нала имеет вид, показанный на фиг.Зь, а его спектр - вид, показанный на фиг,51. Если увеличивать значение кода, определяющего заряд конденсатора 8, то и максимальное значение выходного напряжения будет достигаться раньше, чем переключится фронт на выходе делителя 3, а при максимальном значении этого кода выходной сигнал

будет иметь форму, близкую к прямо

угольной (фиг,, а спектр его пика- зан на фиг,5е.

Таким образом, изменяя значения кода заряда конденсатора 8, можно получить форму выходного сигнала с желаемым спектральным составом, что и определяет в общем случае тембр форг- мируемого звукового сигнала.

Но при этом не возможно управлять скважностью выходного сигнала, в свя- зи с чем ряд гармонических составляющих отсутствует в спектре выходного сигнала. Так при скважности 2 отсутт- ствуют четные гармоники, при скважности 4 - гармоники, кратные 4 и т.д. На фиг,2 и 3 показаны устройства, в которых этот недостаток устранен (при этом сохранена возможность получения форм выходного- сигнала, реализуемых устройством, показанным

второй аналоговый ключ 14 и компаратор 13, Когда на выходе делителя час- 50 тоты присутствует сигнал логической

1, а напряжение на выходе операционного усилителя 6 не достигло максимального значения, на выходе компаратора 13 присутствует сигнал логичес- 55 кого О, так как напрял ение на прямом входе меньще напряжения U поданного на инверсный вход,

Значения „ и выбирают таким образом, чтобы выполнялись

условия и жет быть и

оп 1 опг

и on,

( мак«

cMc.), а значения резисторов R4 и R5 выбирают из условия R5 7 R4,

Сигнал логического О с выхода компаратора 13 поступает на элемент И-НЕ 17, на второй вход которого приходит сигнал логической. 1 с выхода делителя 3 частоты. На выходе элемента И-НЕ 17 устанавливается сигнал логической 1, которьй поддерживает второй .аналоговый ключ 14 в открытом состоянии. Напряжение с выхода операционного усилителя 6 через открытый второй аналоговый ключ .14 поступает на неинвертирзтощий вход компаратора 13,

Одновременно сигнал с выхода компаратора 13 через инвертор 15 поступает на вход элемента И 16, на второй вход которого поступает сигнал логической 1, который держит открытым аналоговьй ключ 10, обеспечивая заряд конденсатора 8 и нарастание напряжения на выходе операционного усилителя 6, Когда напряжение на прямом входе компаратора 13 превьшает V от (напряжение на инверсном -входе-), на 1 выходе компаратора 13 появляется сигнал логической 1. Поскольку на выходе делителя 3 частоты в это время находится сигнал логической 1, оба аналоговых ключа 10 и 14 закрываются Напряжение на выходе операционного .усилителя 6 начинает понижаться, однако на выходе компаратора 13 остается сигнал логического О, так как на прямом входе присутствует напряжение Uon,..

Когда на выходе делителя 3 частоты устанавливается-значение логического О, аналоговый ключ 14 открывается и компаратор 13 может переключиться, однако это уже не имеет значения, так как сигнал, логического О с выхода делителя частоты через элемент И 16 поступает на управляющий вход аналогового ключа 10, оставляя его закры- тьм. Следовательно, разряд конденса- тора 8 продолжается, а напряжение на выходе операционного усилителя 6 понижается, до минимального значения.

Из временной диаграммы (фиг,6-)- видно, что аналого;вый ключ 10 может быть открыт только в первой фазе, г аналоговый ключ 14 может быть закрыт .только во второй фазе. Следовательно независимо от значений кода заряда

и кода разряда в одном периоде сигнала, поступающего с выхода д.елителя 3 частоты, может быть сформирован только один сигнал, форма которого определяется значениями кодов заря- ; да и разряда конденсатора 8, Если, например, коды заряда и разряда максимальные, на выходе операционного

Q усилителя 6 получают сигнал большой скважности (фиг,5я;) со спектром (фиг,5). При одновременном уменьшении обоих кодов скважность выходного сигнала уменьшается и достигает в

конце концов скважности 2, а форма выходного.сигнала имеет треугольную форму (фиг,5с1). Если же уменьшать только код разряда, выходной сигнал перейдет в сигнал пилообразной формы

0 (фиг,5и), а спектр его будет иметь вид, показанный на фиг,5.к. Возможно и одновременное изменение обоих кодов, обеспечивающее и другие формь выходного сигнала, например можно

5 обеспечить плавньй переход от треугольной формы в пилообразную и т,д,

В устройстве (фиг,2) скважность определяется соотношением и величи- ной кодов зарядного и разрядного то0 ков, а форма выходного сигнала определяется этими двумя переменными. Сделать регулировку скважности независимой и, следовательно, получить еще большее разнообразие форм выходного сигнала позволяет устройство,

показанное, на фиг.З, Здесь между делителем 3 частоты и входами ОЗУ 11 и аналогового ключа 10 включен программируемый одновибратор 18, у которого вход разрешения счета соединен с выходом делителя 3 частоты, на тактовый, вход поступает сигнал с частотой fon , а на управляющие входы поступает код с формирователя 1 управляющего кода, величина которого является частью величины управляющего кода на делитель 3 частоты.

Если делитель 3 частоты организовать таким образом, чтобы его выходная частота правьтала требуемую на

0 2, то период формируемого сигнала можно разделить на 2 одинаковых отрезков, задав для каждого из них скорость и направление интегрирования в ОЗУ 11, В этом случае можно ,

5 получить выходной сигнал со сложным спектральным составом, в котором первая гармоника уже не будет иметь до- . fflниpyющee значение.

0

5

Для обеспечения этого в формирователь введен (фиг.4) делитель 19 час-, тоты на 2, группы из п выходов каждого каскада деления использованы в качестве адресных входов считывания информации из ОЗУ 11, Поскольку в ОЗУ 11 записана информация для ЦАП 2 12 и для аналогового ключа 10, выходы ОЗУ 11 соединены с информационными входами ЦАП 12 и управляющим входом аналогового ключа 10, Если формирователь 1. управляющего кода может незв висимо формировать коды для первого цифроаналогового преобразователя 2 и делителя 3 частоты (например, выполне на миниЭВМ), то делитель частоты 3 может быть выполнен на одном канале таймера К580ВИ53, одновибратор 18 также на одном канале таймера К580ВИ53, первьй цифроаналоговый преобразователь 2 целесообразно выполнить на микросхеме К572ПА2, второй цифроаналоговый преобразователь 12 - на микросхеме К572ПА1, ОЗУ 11 - на микросхемах К56ШР11, операционный усилитель 6 - на К140УД14. В этом случае устройство позволяет получить звуковой диапазон 8 октав 32 Гц

2, Формирователь по п,1, о т л и - чающийся тем, что в него введены элементы И, И-НЕ, инвертор и компаратор, вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом операционного усилителя, а выход

8 кГц с точностью равномерно-темпери- 30 через инвертор соединен с первым вхо- рованного музыкального звукоряда 0,1% дом элемента И, включенного между вы- и единичным дискретным значением изменения частоты, равным л/1,6 цента (1,64 полутона),

Предлагаемое устройство позволяет

регулировать в широких пределах форму и спектр выходного сигнала, чем и обеспечивается расширение функциональных возможностей,

40

ходом делителя частоты и управляющим входом оперативного запоминающего устройства, причем первый вход элемента И-НЕ соединен с выходом делите45

ля частоты, второй вход - с выходом компаратора, а выход - с управляющим входом второго аналогового ключа,

3, Формирователь по п,1, отличающий ся тем, что в него вве- . дены программируемый одновибратор, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, второй вход - с шиной тактовой частоты, группа входов - с.четвертой группой выходов формирователя управляющего кода, а выход - с управляющим входом ОЗУ,

Формул а изобретения

1, Формирователь тонального сигнала, содержащий формирователь управляющего кода, первая и вторая группы выходов которого соединены с группами входов управления соответственно первого цифроаналогового преобразователя и делителя частоты, тактовый вход которого соединен с шиной опорной частоты, первьШ и второй резисторы,пер- 50 введен второй делитель частоты на

. вые выводы которых соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилите ля, инвертирующий вход которого соеди- динен через третий ре зистор с общей 55 шиной, а через конденсатор - со своим -ВЫХОДОМ, являющимся выходом устройст4, Формирователь по п,1, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что в него

2

вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, а группа из п выходов соединена соответственно с группой входов оперативного запоминающего устройства, один выход из группы выходов которого соединен с входом управления аналогового ключа.

0

5

0

5

ва, а неинвертирутощий вход через сое диненные последовательно четвертый резистор и аналоговый ключ соединен, с общей шиной, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности регулирования формы выходного сигнала, в него введено оперативное запоминающее уст - ройство, группа входов которого соединена с третьей группой выходов и формирователя управляющего кода, уп- равл,яющий вход соединен с выходом делителя частоты и управляющим входом аналогового ключа, а группа выходов соединена с группой управляющих входов второго цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а выход-- с вторыми выводами первого и второго резисторов,

2, Формирователь по п,1, о т л и - чающийся тем, что в него введены элементы И, И-НЕ, инвертор и компаратор, вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом операционного усилителя, а выход

0 через инвертор соединен с первым вхо- дом элемента И, включенного между вы-

через инвертор соединен с первым вхо- дом элемента И, включенного между вы-

ходом делителя частоты и управляющим входом оперативного запоминающего устройства, причем первый вход элемента И-НЕ соединен с выходом делите

ля частоты, второй вход - с выходом компаратора, а выход - с управляющим входом второго аналогового ключа,

3, Формирователь по п,1, отличающий ся тем, что в него вве- дены программируемый одновибратор, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, второй вход - с шиной тактовой частоты, группа входов - с.четвертой группой выходов формирователя управляющего кода, а выход - с управляющим входом ОЗУ,

введен второй делитель частоты на

введен второй делитель частоты на

4, Формирователь по п,1, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что в него

2

вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, а группа из п выходов соединена соответственно с группой входов оперативного запоминающего устройства, один выход из группы выходов которого соединен с входом управления аналогового ключа.

iFc/

Ьрл

1ьа.

Г

Чопг

Фиг,д

ФиеЛ

5а

ч.

5$ t

58

5г i

5

/

5е

$д

5ж

5ц

SK

7-72

Фив. 5

фиг. 6