Формирователь тонального сигнала

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 10 Н 5/10

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

/Х.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4061562/24-21 (22) 22.04.86 (46) 23,09.89, Бюл. № 35 (72) Л,К,Вихрецкий и Ю.Е,Ляттз (53) 621.878 (088,8) (56) Патент США № 3590131, кл, G 10 Н 5/10, 1971

Авторское свидетельство СССР № 1307472, кл, G 10 Н 5/10, 1982, (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТОНАЛЬНОГО СИГНАЛА (57) Изобретение может быть использовано, в частности, в злектромузыкаль„„SU„„1509988 А1

2 ных синтезаторах, Формирователь (Ф) тонального сигнала содержит формиро-,." ватель 1 управляющего кода, цифроаналоговые преобразователи 2 и 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.

1509988

Изобретение относится к электромузыкальным инструментам и может использоваться, в частности, в электромузыкальных синтезаторах (NC), Недостатком устройства является ограниченный набор форм выходного сигнала — только прямоугольный, треугольный и пилообразный, что понижа" ет исполнительские возможности.

Сущность изобретения заключается в обеспечении возможности регулировки формы выходного сигнала путем раздельной регулировки зарядного и разрядного токов интегратора, которая выражается в изменениикоэффициента пропорциональности между коэффициентом деления, т. е. формируемой частотой и формируемымуправляющим напряжением для получения зарядного и разрядного токов интегратора. 2р

Поскольку регулируются только коэффициенты пропорциональности, форма выходного сигнала сохраняется для всего диапазона формируемых частот.

При этом сокращается объем тональ- 25 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 — 40 импульсная дйаграмма работы устройства.

Формирователь тонального сигнала содержит формирователь 1 управляющего кода, первая и вторая группы которого 45 соединены с группами входов управления соответственно первого цифроаналогового преобразователя 2 и делителя

3 частоты, тактовый вход которого соединен с шиной опорной частоты, первый 4 и второй 5 резисторы, соединен50 ные соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 6, неинвертирующий вход которого соединен через третий резистор

7 с общей шиной, а через конденсатор

8 — с выходом, являющимся выходом устройства, а неинвертирующий вход через четвертый резистор 9 и анало4 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.

Устройство (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 частоты и первым входом элемента И-НЕ

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

Устройство (фиг,3) 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. делиь тель 19 частоты на 2, вход которого соединен с выходом делителя 3 часто-. ты, группа из и выходов которого соединена соответственно с и адресными входами ОЗУ 11 формы, ш-1 выходов которого соединены -1 входами ЦАП

2, 12, а один выход — с входом управления аналогового ключа 10.

Формирователь тонального сигнала (фиг. t) 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 преобразователя 2, Выходное напряжение с первого цифроаналогового преобразователя

2 поступает в качестве опорного напряжения на вход второго цифро-анало

1509988 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 считывания информа-15 ции 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 заряд, конденсатора 8, т.е, напряжение на выходе операционного усилителя 6 растет. Скорость изменения выходного напряжения определяется кодами, поступающими на первый 2 и второй 12 цифроаналоговые преобразователи, 11 11

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 "0", 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 делитель 3 частоты и первый цифроанало- 45 говый переключатель изменяются синхронно, форма выходного .сигнала одинакова для всего диапазона формируемых частот, 50

Принцип управления формой выходного сигнала заключается в следующем.

Если нагряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет максимального значения одновременно с пе- бб реключением выхода делителя 3 частоты из состояния логической "1" в состоя-. ние логического "0", а минимальное значение напряжения будет достигнутс одновременно с переключением выхода делителя 3 частоты иэ состояния логического "011 в состояние логической

"1", на выходе операционного усилителя 6 будет формироваться сигнал треугольной формы (фиг.5а), спектр его имеет вид, показанный на фиг.5Б,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 зна1 чений этого кода форма выходного сигнала имеет вид, показанный на фиг,5ь, а его спектр — вид, показанный на фиг,5g. 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 прямоугольной (фиг,5 ), а спектр его п1ка" зан на фиг,5 е.

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

Но при этом не возможно управлять скважностью выходного сигнала, в связи с чем ряд гармонических составляющих отсутствует в спектре выходного сигнала, Так при скважности 2 отсут " 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 на фиг, 1), Для обеспечения регулировки скважности в устройство (фиг.2) введены второй аналоговый ключ 14 и компаратор 13. Когда на выходе делителя частоты присутствует сигнал логической

"1", а напряжение на выходе операционного усилителя 6 не достигло максимального значения, на выходе компаратора 13 присутствует сигнал логического "0"1, так как напряжение на прямом входе меньше напряжения U, поданного на инверсный вход.

Значения U „, и U Ä, выбирают таким образом, чтобы выполнялись

1509988 условИя U >„ < Uî,î„ H U ц„ < Пс м„„ñ (Mo жет быть U, „,=Б с ), а значения резисторов R4 и R5 выбирают из условия К5)) 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 "I" который поддерживает второй аналоговый ключ 14 в открытом состоянии. Напряжение с выхода операционного усилителя 6 через открытый второй аналоговый ключ 14 поступает на неинвертирующий 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 аналоговый ключ 10, обеспечивая заряд конденсатора 8 и нарастание напряжения на выходе операционного усилителя 6, Когда напряжение на прямом входе компаратора 13 превышает U „, (напряжение на инверсном входе), на выходе кампаратора 13 появляется сиг- 30 нал логической "1". Поскольку на вы-, ходе делителя 3 частоты в это время находится сигнал логической "I" оба . аналоговых ключа 10 и 14 закрываются.

Напряжение на выходе операционного усилителя 6 начинает понижаться, однако на выходе компаратора 13 остается сигнал логического "0", так как на прямом входе присутствует напряжеUon Uonv

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 "0" с выхода 45 делителя частоты через элемент И 16 поступает на управляющий вход аналогового ключа 10, оставляя его закрытым, Следовательно, разряд конденсатора 8 продолжается, а напряжение на 50 выходе операционного усилителя 6 понижается до минимального значения.

Из временной диаграммы (фиг,6). е видно, что аналоговый ключ 10 может быть открыт только в первой фазе, ": 55 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 делителя

3 частоты, может быть сформирован только один сигнал, форма которого определяется значениями кодов заряда и разряда конденсатора 8, Если, например, коды заряда и разряда максимальные, на выходе операционного усилителя 6 получают сигнал большой скважности (фиг.5 ) оо спектром (фиг.5g). При одновременном уменьшении обоих кодов скважность выходного сигнала уменьшается и достигает в конце концов скважности 2, а форма выходного сигнала имеет треугольную форму (фиг.5 ), Если же уменьшать только код разряда, выходной сигнал перейдет в сигнал пилообразной формы (фиг.5и), а спектр его будет иметь вид, показанный на фиг,5.к. Возможно и одновременное изменение обоих кодов, обеспечивающее и другие формы выходного сигнала, например можно обеспечить плавный переход от треугольной формы в пилообразную и т.д, В устройстве (фиг,2) скважность определяется соотношением и величиной кодов зарядного и разрядного токов, 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.3. 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 f » а на управляющие входы поступает код с формирователя I управляющего кода, величина которого является частью величины управляющего кода на делитель 3 частоты, Если делитель 3 частоты организовать таким образом, чтобы его выходная частота превышала требуемую на

2, то период формируемого сигнала

П можно разделить на 2 " одинаковых отрезков, задав для каждого из них скорость и направление интегрирования в ОЗУ 11, В этом случае можно получить выходной сигнал со сложным спектральным составом, в котором первая гармоника уже не будет иметь доминирующее значение, 1509988

Для обеспечения этого в формирователь введен (фиг.4) делитель 19 час-, тоты на 2", группы из и 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 неза" висимо формировать коды для первого цифроаналогового преобразователя 2 и делителя 3 частоты (например, выполнен на миниЭВМ), то делитель частоты 3 может быть выполнен на одном канале таймера К580ВИ53, одновибратор 18 также на одном канале таймера

К580ВИ53, первый цифроаналоговый преобразователь 2 целесообразно выполнить на микросхеме К572ПА2, второй цифроаналоговый преобразователь 12— на микросхеме К572ПА1, ОЗУ 11 — на микросхемах К561ИР11, операционный усилитель 6 — на К140УД14, В этом случае устройство позволяет получить звуковой диапазон 8 октав 32 Гц—

8 кГц с точностью равномерно-темпери- 30 рованного музыкального звукоряда 0,17. и единичным дискретным значением изменения частоты, равным 1,6 цента (1,64 полутона).

Предлагаемое устройство позволяет регулировать в широких пределах форму и спектр выходного сигнала, чем и обеспечивается расширение функциональных возможностей.

Формула изобретения

1. Формирователь тонального сигнала, содержащий формирователь управляющего кода, первая и вторая группы выходов которого соединены с группами 45 входов управления соответственно первого цифроаналогового преобразователя и делителя частоты, тактовый вход которого соединен с шиной опорной частоты, первый и второй резисторы,пер- 50

: вые выводы которых соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилите, ля, инвертирующий вход которого соедидинен через третий резистор с общей 55 шиной а через конденсатор — со своим

Р выходом, являющимся выходом устройст. 10 ва, а неинвертирующий вход через сое диненные последовательно четвертый резистор и аналоговый ключ соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й— 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, управляющий 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 и, 1, о т л и— ч а ю шийся 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 через инвертор соединен с первым входом элемента И, включенного между вы" ходом делителя частоты и управляющим входом оперативного запоминающего устройства, причем первый вход элемента И-НЕ соединен с выходом делителя частоты, второй вход — с выходом компаратора, а выход — с управляющим входом второго аналогового ключа.

3. Формирователь по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что в него введены программируемый одновибратор, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, второй вход— с шиной тактовой частоты, группа вхо- . дов — с четвертой группой выходов формирователя .управляющего кода, а выход — с управляющим входом ОЗУ.

4, Формирователь по п.1, о т л ич ающий с я тем. что в него ь введен второй делитель частоты на 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.

1509988

1509988

1509988

Йшал

Von1 /с nri n.

Лог. )"

Лог."0

Лиг."

Ли

Лог

Рие. б

Составитель С.Клевцов

Редактор А,Мотыль Техред М.яндык

Корректор Т.Палий

Заказ 5820/51 Тираж 343 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101