Устройство гармонического синтеза тембра

 

УСТРОЙСТВО ГАРМОНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ТЕМБРА, содержащее генераторы опорных частот, выходы которых подключены к входам блока регулирования амплитудных соотношений, входы которого соединены с первыми входами соответствующих блоков выделения разностной частоты N подклавишных устройств, каждое из которых состоит из подклавишного генератора, формирователя напряжения управления, выход которого подключен к управляющему входу формирователя ударной амплитудной огибающей , и усилительно-акустический блок, к входу которого подключе1|ы выходы подклавишных устройств, отличающееся тем, что, с целью повышения выразительности звучания благодаря обеспечению получения спектрально-временных характеристик электромузыкального инструмента, сходных с механическими музыкальными инструментами, в него введены блок регулируемой относительной расстройки, к выходам которого подключены управляющие входы генераторов опорных частот, и в каждое из подклавищных устройств - соединенные последовательно широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу подклавишного генрратора , и интегратор,fвыход которого подключен к второму входу соответствующего бло§ ка выделения разностной частоты, выход которого соединен с входом формирователя (П ударной амплитудной огибающей, причем управляющие входы широтно-импульсного модулятора , и интегратора соединены с выходом формирователя напряжения управления , a выход формирователя ударной амплитудной огибающей является выходоЧм соответствующего подклавишного устройства. со СП Ю Is:) 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g(gg G 10 Н 5/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3509292/18-21 (22) 04.11.82 (46) 30.05.84. Бюл..№ 20 (72) М. Я. Либкин

53) 621.828 (088.8)

) 1. Печатнов Б., Сабуров С. Синтез частотных и временных характеристик в

ЭМС. «Радио», 1980, № 11, с. 36 — 38.

2. Корсунский С. Г. Разработка электрооргана с гармоническим синтезом. Труды

Всесоюзного научно-исследовательского института звукозаписи, 1961, вып. 8 (прототип). (54) (57) УСТРОЛСТВО ГАРМОНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ТЕМБРА, содержащее генераторы опорных частот, выходы которых подключены к входам блока регулирования амплитудных соотношений, входы которого соединены с первыми входами соответствующих блоков выделения разностной частоты Ь( подклавишных устройств, каждое из которых состоит из подклавишного генератора, формирователя напряжения управления, выход которого подключен к управляющему входу формирователя ударной амплитудной оги,Я0„„1095228 А бающей, и усилительно-акустический блок, к входу которого подключены выходы подклавишных устройств, отлич/(ющееся тем, что, с целью повышения выразительности звучания благодаря обеспечению получения спектрально-временных характеристик электромузыкального инструмента, сходных с механическими музыкальными инструментами, в него введены блок регулируемой относительной расстройки, к выходам которого подключены управляющие входы генераторов опорных частот, и в каждое из подклавишных устройств — соединенные последовательно широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу подклавишного генератора, и интегратор„выход которого подключен к второму входу соответствующего блока выделения разностной частоты, выход ко- @ торого соединен с входом формирователя ударной амплитудной огибающей, причем управляющие входы широтно-импульсного модулятора, и интегратора соединены с выходом формирователя напряжения управления, а выход формирователя ударной амплитудной огибающей является выходом соответствующего подклавишного устройства.

1095228

Изобретение относится к устройствам синтеза тембров в электромузыкальных инструментах (ЭМИ), в частности в ЭМИ с гармоническим синтезом тембра, и может торых подключены . к выходу блока через блок регулирования амплитудных соотношений составляющих опорного сигнала. В состав устройства входят также подклавишные блоки, каждый из которых имеет ВЧ-генератор, с неси нусоидальной формой сигнала, формирователь ударной (для ЭВМ форте30 пианного типа) амплитудной огибающей, связанный с формирователем напряжения управления ударной огибающей. Выход формирователя амплитудной огибающей подключен к блоку выделения разностной частоты,. второй вход которого подключен к выходу блока опорного сигнала. К выходам подклавишных блоков подключен усилительно-акустический блок (2).

40

Однако при помощи известного устройства невозможно воспроизводить динамические эффекты, присущие обычным струнным и духовым музыкальным инструментам, и характеризующиеся наличием высокочастотных неконсонирующих обертонов в момент атаки извлекаемого звука с переходом на преимущественно консонирующие низкочастотные обертоны в концевой стадии его звучания. Это обусловлено тем, что спектры исходных ВЧ-сигналов (опорного и клавишного) носят статичный характер как по амплитудным, так и по фазовым соотношениям между гармоническими составляющими. Таким же статичным при этом будет и спектр разностного (музыкального) сигнала.

В свою очередь это создает принципиальную невозможность получения указанных дина45

55 быть использовано в устройствах для синтеза спектров музыкальных тонов.

Известен синтезатор тембров, содержащий усилитель и генераторы, управляемые напряжением, балансный модулятор, широтные модуляторы, управляемый фильтр, низкочастотные генераторы, генераторы: функ- 10 ций времени, атака — накопление, атака— затухание, поддержка накопление (1) .

Данное устройство позволяет получить различные характеристики выходных сигналов, не обеспечивая однако полной имитации акустических инструментов, и является довольно сложным.

Известно устройство, практическая реализация которого связана с меньшими трудностями и которое в то же время обеспечивает в полифоническом. ЭМИ синтез сложных музыкальных звуков путем смешивания между собой в заданных соотношениях отдельных гармонических компонент, оно содержит блок опорного ВЧ-сигнала, включающий в себя задающий ВЧ-генератор опорной частоты с несинусоидальной формой сиг- 5 нала, к выходу которого подключены фильтры гармоник опорной частоты, выходы комических эффектов при дальнейшей обработке сигнала в НЧ-тракте ЭМИ.

Цель изобретения — повышение выразительности звучания, благодаря обеспечению получения спектрально-временных характеристик электромузыкального инструмента, сходных с механическими музыкальными инструментами, в частности фортепиано, путем формирования в момент атаки извлекаемого звука неконсонирующих высокочастотных обертонов с переходом на преимущественно консонирующие низкочастотные обертоны в концевой стадии его звучания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство гармонического синтеза тембра, содержащее генераторы опорных частот, выходы которых подключены к входам блока регулирования амплитудных соотношений, входы которого соединены с первыми входами соответствующих блоков выделения разностной частоты N подклавишных устройств, каждое из которых состоит из подклавишного генератора, формирователя напряжения управления, выход которого подключен к управляющему входу формирователя ударной амплитудной огибающей, и усилительно-акустический блок, к входу которого подключены выходы подклавишных,устройств, введены блок регулируемой относительной расстройки, к выходам которого подключены управляющие входы генераторов опорных частот, и в каждое из подклавишных устройств — соединенные последовательно широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу подклавишного генератора, и интегратор, выход которого подключен к второму входу соответствующего блока выделения разностной частоты, выход которого соединен с входом формирователя ударной амплитудной огибающей, причем управляющие входы широтно-импульсного мо дулятора и интегратора соединены с выходом формирователя напряжения управления, а выход формирователя ударной амплитудной огибающей является выходом соответствующего подклавишного устройства.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства гармонического синтеза тембра; на фиг: 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство гармонического синтеза тембра содержит блок 1 опорного высокочастотного сигнала, состоящий из генераторов

2-1 — 2-N опорных частот (высокостабильных), настроенных на частоты, близкие частотам соответствующих гармоник опорной частоты блока 3 регулирования амплитудных соотношений (составляющих опорного сигнала) блока 4 регулируемой относительной расстройки (составляющих опорного сигнала).

Устройство содержит также подклавишные устройства 5-1 — 5-N, которые содержат подклавишные генераторы 6-1 — 6-N и включенные последовательно. широтно-импульсные!

095228 модуляторы ?-1 — 7-N и интеграторы 8-1 — 8-N, управляемые напряжением. Выходы интеграторов 8-1 — 8-N соединены с одним из входов блоков 9-1 — 9-N выделения разностной частоты, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока 3, а выходы соединены со входом формирователей

10-1 — 10-N ударной амплитудной огибающей. Управляющие входы формирователей

10-1 — 10-N, интеграторов 8-1 — 8-N и модуляторов 7-1 — 7-N подключены к выходу фор10 мирователей 11-1 — 11-N напряжения управления (ударной огибающей). Выходы формирователей 10-1 — 10-N подключены ко входу усилительно-акустического блока 12.

Построение блока 4 регулируемой относительной расстройки определяется схемой построения генераторов 2-1 — 2-N блока 1 опорного сигнала. В частном случае он представляет собой набор переменных резисторов (по числу генераторов 2-1 — 2-N), включенных параллельно по схеме потенциомет- 20 ров на выходе источника стабильного напряжения, при этом средние выводы перемен-, ных резисторов подключены к входам управления соответствующих генераторов .

Устройство работает следующим образом.

Соответствующие генераторы 2-1 — 2-N блока 1 опорного сигнала формируют синусо30 идальные напряжения с частотами близкими fo, 2f,... nf . Значения относительной расстройки генераторов от точных значений гармоник 2fo ... п1о, а также амплитудные соотношения между ними определяются состояниями регуляторов в блоках 4 и 3. При этом на выходе блока 1 формируется синтезируемый сигнал опорной частоты, гармонические составляющие которого не находятся между собой в математически кратных соотношениях. Причем эти соотношения могут быть произвольно установлены аналогично имеющимся в спектре, например фортепиано, где относительная расстройка обертонов от математически точных -значений гармоник тем больше, чем выше номер гармоники.

При ударе по клавише на выходе формирователя 11-i соответствующего подклавишного устройства 5-i формируется экспоненциально затухающее управляющее напряже. ние (фиг. 2а). Это напряжение поступает на низкочастотный вход модулятора 7-i. На второй вход модулятора 7-i поступают импульсы от подклавишного генератора 6-i (фиг. 26).

В зависимости от величины управляющего напряжения длительность прямоугольных импульсов на выходе модулятора 7-l меняется от минимальной в момент удара по клавише (атака звука) по длительности, соответствующей 0,5 периода, в концевой стадии звучания (фиг. 2в).

Одновременно управляющее напряжение воздействует на включенный на выходе модулятора 7-i интегратор 8-i. Управление интегратором 8-i обеспечивает линейное нарастание напряжения на его выходе во время действия входного импульса и линейный спад напряжения во время паузы (фиг. 2г). Таким образом, в момент атаки на информационный вход интегратора поступают импульсы малой длительности. При этом на выходе интегратора формируются пилообразные импульсы, фронт нарастания которых определяется длительностью входных импульсов с выхода модулятора 7-i. По мере убывания управляющего напряжения фронт нарастания импульсов становится все более пологим, и импульсы приобретают треугольную форму. Соответственно меняется и спектральный состав этого сигнала, характеризующийся преобладанием высших гармонических составляющих в момент атаки с постепенным переходом на преобладание низших гармоник по мере спада управляющего напряжения. Сигнал с выхода интегратора

8-i поступает на вход блока 9-i выделения разностной частоты, где происходит вычитание спектра f из 1;. Далее сигнал разностной частоты через формирователь 10-i амплитудной огибающей поступает на вход усилительно-акустического блока 12. Вследствие того, что в момент атаки в спектре fz преобладают высокочастотные составляющие, а соответствующие последним высокочастотные составляющие опорного сигнала имеют максимальную относительную расстройку от точных значений гармоник, в спектре разностного НЧ-сигнала преобладают неконсонирующие обертоны. По мере спада управляющего напряжения (затухания звука) удельный вес высокочастотных составляющих в спектре уменьшается, и музыкальную значимость сигнала на выходе ЭМИ начинают определять консонирующие низкочастотные обертоны, так как низкочастотные составляющие опорного сигнала имеют минимальную расстройку.

Данный признак переходного процесса присущ всем музыкальным инструментам с ударным возбуждением резонатора и в значительной степени определяет характер звучания и музыкальную ценность инструмента.

Применение предлагаемого. устройства позволяет построить ЭМИ с помощью более простых средств по сравнению с известными и в то же время способный синтезировать сложные спектры с гармонически неточными обертонами с возможностью воспроизводить динамику изменения спектра, присущую широкому классу традиционных музыкальных инструментов, в частности фортепиано, что расширяет тембровые и исполнительские возможности ЭМИ.

1095228

1095228

Составитель А. Чистякова

Редактор Т. Парфенова Техред И. Верес Корректор А. Ференц

За каз 3605/33 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, % — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4