Устройство для гармонического синтеза звукового сигнала

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЗВУКОВОГО СИГНАЛА по авт. св. № 416732, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности имитации звучания -инструментов с быстрыми атакой и спадом сигнала, в него введены 2 N генераторов функции Уолша,М дополнительных ключей пропорционального управления, N сумматоров , где N - число ключей пропорционального управления, причем коммутирующий вход каждого ключа и дополнительного ключа пропорционального управления подключен к выходу соответствующего генератора функций Уолща, вход каждого дополнительного ключа пропорционального управления соединен с входом (слюча пропорционального управления, а выходы этих ключей через соответствующий сумматор подключены к входу соответствующего фильтра, при этом отношение коэффициентов передачи ключа.и дополнительного ключа пропорционального управления равно 2,4:1. (Л с со ел N3 to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР

CCO

О

Ю

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 416732 (21) 3483207/28-21 (22) 10.08.82 (46) 30,05.84. Бюл. № 20 (72) В. П. Митрикас и А.-В. В. Петраускас (53) 681.828 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 416732, кл. G 10 Н 5/00, 1972. (54) (5?) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАРМОНИ. ЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЗВУКОВОГО СИГНАЛА по авт. св. № 416732, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности имитации звучания

-инструментов с быстрыми атакой и спадом сигнала, в него введены 2 N генераторов

„SU„„1095227 A функции Уолша, N дополнительных ключей пропорционального управления, N сумматоров, где N — число ключей пропорционального управления, причем коммутирующий вход каждого ключа и дополнительного ключа пропорционального управления подключен к выходу соответствующего генератора функций Уолша, вход каждого дополнительного ключа пропорционального управления соединен с входом ключа пропорционального управления, а выходы этих ключей через соответствующий сумматор подключены к входу соответствующего фильтра, при этом отношение коэффициентов передачи ключа.и дополнительного ключа пропорционального управления равно 2,4:1.

1095227

Изобретение относится к электронной музыке и может использоваться для гармонического синтеза звукового сигнала в электромузыкальных инструментах (ЭМИ) и синтезаторах звуковых сигналов.

По основному авт. св. № 416732 известно устройство для гармонического синтеза звукового сигнала, содержащее формирователи управляющих импульсов, ключи пропорционального управления, выход каждого из которых подключен ко входу фильтра, а вы!

О ходы формирователей управляющих импульсов подключены к выводам входных развязывающих резисторов матрицы гармонического синтеза, другие выводы которых подключены к точкам соединения катодов двух диодов, аноды одних из которых подключены. к выходам соответствующих регуляторов уровня гармоник, а аноды других через резисторы — к входам ключей пропорционального управления. В этом устройстве однополярные сигналы любой формы, полученные 20 из формирователей управляющих импульсов,поступают на входы матрицы гармонического синтеза, где в зависимости от величины сигнала регуляторов уровня гармоник разветвляются на соответствующие ключи—

2С модуляторы пропорционального управления и преобразуются в набор сигналов звуковых частот, имеющих форму меандра. Выходы ключей — модуляторов пропорционального управления группируются в октавные или полуоктавные интервалы и поступают на соответствующие фильтры, которые сглаживают звуковые сигналы формы олеандра до синусоидальных сигналов, необходимых для аддитивного гармонического синтеза звуковых сигналов 11).

Недостатком такого устройства являются длительные переходные процессы, поэтому невозможно получать быструю атаку и спад звукового сигнала. Это происходит потому, что в устройстве синусоидальный сигнал, необходимый для аддитивного гармонического синтеза, получается путем фильтрова- 40 ния меандрового сигнала триггерных делителей частоты относительно узкополосных фильтров высокого порядка с полосой пропускания не более одной актавы. Применение таких фильтров вызвано тем, что в меандровом сигнале присутствуют нечетные гармоники: первая, третья, пятая и т.д. Амплитуда п-той гармоники составляет 1/и часть амплитуды первой гармоники. Для качественного синусоидального сигнала остаток гармоник должен быть не более 1 — 2% и для получения такого сигнала путем фильтрации из меандра нужен фильтр, ослабляющий третью, пятую и т.д. гармоники более

30 раз. При одном фильтре на октавный диапазон сигналов используется фильтр десятого порядка с крутизной среза 60 дВ/окт. у

OcíoBHîé недостаток такого фильтра — длительные переходные процессы, устройство гармонического синтеза с такими фильтрами ие способно синтезировать звуковые сигналы с быстрыми атакой и спадом сигнала, что сужает музыкальные возможности инструмента.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности имитации звучания инструментов с быстрыми атакой и спадом сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для гармонического синтеза звукового сигнала, содержащее формирователи управляющих импульсов, ключи пропорционального управления, выход каждого из которых подключен к входу фильтра, а выходы формирователей управляющих импульсов подключены к выводам входных развязывающих резисторов матрицы гармонического синтеза, другие вывода которых подключены к точкам соединения катодов двух диодов, аноды одних из которых подключены к выходам соответствующих резисторов уровня гармоник, а аноды других через резисторы — к входам ключей пропорционального управления, введены 2N генераторов функции Уолша, N дополнительных ключей пропорционального управления, N сумматоров, где N. — число ключей пропорционального управления, причем коммутирующий вход каждого ключа и дополнительного ключа пропорционального управления подключен к выходу соответствующего генератора функций Уолша, вход каждого дополнительного ключа пропорционального управления соединен с входом ключа пропорционального управления, а выходы этих ключей через соответствующий сумматор подключены к входу соответствующего фильтра, при этом отношение коэффициентов передачи ключа пропорционального управления равно 2,51.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства для гармонического синтеза звукового сигнала.

Устройство содержит формирователь 1 управляющего импульса одной клавиши, выход которого соединен с общим входом части мат рицы 2 гармонического синтеза, обслуживаю щей одну клавишу и состоящей из М одинаковых цепочек. Каждая цепочка содержит два развязывающих резистора, один из которых из 3-1 — 3-М включен на входе цепочки, а другой 4-1 — 4-М вЂ”. на выходе. Между резисторами включены диоды 5-1 — 5-М. В каждой цепочке к точкам соединения одного из входных резисторов 3-1 — 3-М и диодов 5-1 — 5-М подключены аноды других диодов 6-1 — 6-М, катоды которых соединены с выходами 7-1 — 7-М соответствующего регулятора 8 уровня гармоник.

Выходы 9-1 — 9-М каждой цепочки части матрицы гармонического синтеза соединены с входами соответствующей пары электронного ключа 10 и дополнительного ключа ll пропорционального управления. Кроме того, к входам этих ключей подключены выходы

1095227

ВНИИПИ Заказ 3605/33

Филиал ППП «Патент», г.

Тира к 375 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4 цепочек матрицы гармонического синтеза других клавиш 12-1 — 12-L, что соответствует клавишам F6h, Gis 5h, C4h f3h, с2Ь, са1Ь.

Это сокращает число ключей 10 и 11, генераторов 13 и 14, фильтров 16 и сумматоров 15 до N. Где N = E k (k — число октав звукового диапазона; 1 — число полутонов .в октаве).

Коммутируюшие входы ключей 10 и 11 пропорционального управления подключены соответственно, к генераторам 13 и 14 1О функций Уолша Жа3(1) и Waf (5). Выходы таких пар ключей подключены ко входам линейного сумматора 15, выход которого соединен со входом фильтра 16.

Устройство работает следующим обра- 1 зом.

Сформированный сигнал любой формы положительной полярности поступает из формирователя 1 управляющего импульса на вход части матрицы 2 гармонического синтеза. Там он разветвляется на сеть M íà- 20 правлений через цепочки из двух резисторов и двух диодов, например 3-1, 4-1, 5-1, 6-1 и т.д. Каждая такая цепь служит для регулировки амплитуды отдельной гармоники звукового сигнала клавиши. Управляющий импульс через цепочки проходит не полностью, величина проходящего сигнала может регулироваться отдельно для каждой цепочки от полного прохода до полного запрета, что зависит от напряжений на входах регуляторов уровня гармоник звукового сигнала. Выходами 9-1 — 9-М (соответствующими цепочкам Clh — C7h) части матрицы 2 подключены к входам соответствующих пар клю. чей 10 и 11.

Величина управляющего сигнала одной цепочки выбрана такой, что открывает клю- З5 чи частично, дополнительно ключи открываются от других управляющих сигналов, проходящих от выходов частей матрицы гармонического синтеза других клавиш 12- 1 — 12-L.

Сигналы от генераторов 13 и 14 функции

Уолша Wal(1) и Wal(5), поступающие на 4О коммутирующие входы электронных ключей

10 и 11, на их выходе модулируются по амплитуде сигналом, поступающим на входы.

Причем ключ 11, пропускающий сигнал функции Уолша Wal (5), имеет меньший коэффициент передачи, чем электронный ключ 10, пропускающий сигнал функции Уолша

Wà1 (1), в 2,4 раза, что необходимо для получения ступенчатого синусоидального сигнала на выходе линейного сумматора 15.

Полученный ступенчатый синусоидаль- 5О ный сигнал поступает на вход фильтра 16 низкой частоты. На тот же фильтр поступают сигналы и от других аналогичных цепей.

В зависимости от положения регуляторов уровня гармоник и числа нажатых клавиш на выходе фильтра 16 появляются необходимые наборы синусоидальных сигналов.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве для получения синусоидальных выходных сигналов, необходимых для аддитивного гармонического синтеза, достаточно меньшего числа фильт ров (7 вместо 8) второго — третьего порядка с небольшой крутизной среза 18 дБ вместо 60дБ на октаву, большими допусками на частоту среза до «-30 /о. Это уменьшает количество деталей и исключает настройку фильтров.

Улучшаются переходные и фазовые характеристики фильтра: время атаки и спада уменьшается более чем в 4 раза, изменение фазы в диапазоне рабочих частот фильтра уменьшается в. 3 раза. Улучшаются характеристики

ЭМИ, появляется возможность быстрой атаки и спада звукового сигнала, что дополнительно позволяет имитировать звучание таких инструментов, как электрическое пианино, колокола, маримба, виброфон и т.д.

Использование двух электронных ключей, подключенных к генераторам функций Уолша Wal (l) и Wal (5) соответствуюшей частоты, обеспечивает получение ступенчатых сигналов, приближенных к синусоидальному. В этом сигнале присутствуют 1, 7, 9, 15, 17... 18щ - 1 гармоники (где m — целые числа).

Использование групп из четырех электронных ключей, подключенных к генераторам функций Уолша Wa1 (1), Wa1 (5), Wal (9), Wa1 (13) соответствующей частоты, обеспечивает получение ступенчатых сигналов более приближенных к синусоидальному.

В этом сигнале присутствуют только 1, 15, 17... 116ти - 1 гармоники и т.д. Оставшиеся гармоники высоких номеров имеют малую амплитуду, огибающая которых равна

sin(x) (х), и большой сдвиг по частоте относительно первой полезной гармоники поэтому легко фильтруются простыми фильтрами второго порядка с гораздо большей полосой пропускания. Соответственно время переходных процессов таких фильтров и всего устройства в целом уменьшается.

Так как электронный ключ пропорционального управления состоит из небольшого количества деталей н может быть выполнен в интегральном исполнении как и генераторы функций Уолша, устройство в целом получается проще из-за значительного упрощения фильтров. Кроме того, предоставляется возможность имитировать звучание инструментов с быстрой атакой и спадом звукового сигнала.