Способ формирования шкалы частот электромузыкального инструмента и устройство для его осуществления

(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ СССРНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ элементов,лы частот вна методе б ю, ча ретен сформ ности любой вань Основы Радио ив относительн тонов равна о СССР 1953,ности опорнои частоты и одинаковаво всем диапазоне ЭМИ, в том числеи на самых низких частотах тонов,включая субконтроктаву, УстройСтво для реализации способа содержитгенератор 1 опорной частоты, смеситель 2, фильтр 3 нижних частот, формирователи частот первой 4 и второй5 сеток, формирователь 6 задающихчастот, Функциональные схемы формирователей 4-6, а также последовательность операций, выполняемых поданному способу, приводятся в описании изобретения, 2 с, и 8 з.п,ф-лы, 4 ил. Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШКАЛЬ ЧАСТОТ ЭЛЕКТРОМУЭЫКАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к элек тронной музыке и может быть испол эовано для получения шкалы частотстабильного музыкального строя. Целью изобретения является повышениеточности и ст.дебильности строя злектронного музыкального инструмента(ЭМИ) при пониженных требованиях кточности настройки частотозадающих пособ формирования шкамногоголосых ЭМИ основан ений и, согласно изобтоты тонов могут быть с любой степенью точлетворять требованиям настройки ЭМИ. При этом я нестабильность частот относительной нестабильИзобретение относится к электронной музыке и может быть использовано дпя получения шкалы частот стабипьСпособ формирования шкалы частот в многоголосых электромуэыкальных инструментах по методу биений состоит в том, что сигналы задающих частот нелинейно смешивают с сигналом опорной частоты и выделяют сигналы разностных частот, при этом из сигнала опорной частоты, численное значение которой выражается единицей в старшем разряде и нулями в остальных, предварительно формируют сигналы частот первой сетки, численные значения которых выражаются единицами в старших разрядах и нулями в остальных, и различаются между собой числом старших разрядов, выраженных единицей, затем из сигналов частот первой сетки формируют сигналы частот второй сетки, в целые числа раз более высокие, после чего для получения каждого сигнала задающей частоты выбирают соответствующие сигналы с частотами сеток, с которыми выполняют следующие операции: один 40 50 ного музыкального строя,Цель изобретения - повышение точности и стабильности строя электронного музыкального инструмента припониженных требованиях к точностинастройки частотозадающих элементов,а также упрощение фильтрации выходных 10сигналов,На фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства, нафиг. 2 и 3 - формирователи частотпервой и второй сеток, на Фиг,формирователь задающих частот,Устройство (Фиг, 1) содержитгенератор 1 опорной частоты, выходкоторого подключен к первому входусмесителя 2, выходом соединенный с 20входом фильтра 3 нижних частотвыход которого является выходом устройства, формирователи частот первой4 и второй 5 сеток и формирователь Ьзадающих частот, причем выход генератора 1 опорной частоты соединен свходом формирователя 4 частот первой сетки, выход которого соединенс входом формирователя 5 частот второй сетки и первым входом Формирова- ЗОтеля 6 задающих частот, выход которого соединен с вторым входом смесителя 2 а второй вход - с выходомформирователя 5 частот второй сетки.35 из выбранных сигналов нелинейно смешивают с другим выбранным сигналом, из продукта смешения выделяют первый сигнал боковой частоты, который нелинейно смешивают с третьим из выбранных сигналов и выделяют второй сигнал боковой частоты, затем продолжают нелинейное смешение каждого последнего из выделенных сигналов боковых частот с каждым очередным из выбранных сигналов частот сеток и выделение сигнала боковой частоты из каждого очередного продукта смешения до получения сигнала задающей частоты, при этом первым выбирают сигнал такой частоть в чис.ленном значении которой последняязначащая цифра совпадает с последнейзначащей цифрой одноименного разряда численного значения получаемойзадающей частоты, каждый последующийсигнал частот сеток выбирают с численным значением частоты, содержащем меньшее количество значащих разрядов по сравнению с численными значениями частот предыдущих из выбранных сигналов, и таким в численном значении частоты каждого последовательно выделяемого сигналавыбранной (нижней или верхней)боковой частоты возрастает количествомладших разрядов, совпадающих по значению с одноименными разрядами численного значения частоты получаемого сигнала задающей частоты,При этом для формирования сигналов частот первой сетки сигнал пониженной в десять раз опорной частоты нелинейно смешивают с сигналомопорной частоты и из продукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты, затем повторяют нелинейное смешение каждого последнегоиз выделенных из продукта смешениясигналов верхней боковой частоты,пониженной в десять раз, с сигналомопорной частоты и выделение из продукта смешения очередного сигналаверхней боковой частоты до окончания формирования всех сигналов частот первой сетки, при этом каждыйвыделенный сигнал верхней боковойчастоты является сигналом частот первой сетки. Необходимо сформировать такое количество сигналов частот первой, сетки при котором значение частоты последнего из этих сигналов содержит в своем численном значении количество значащих разрядов после запятой десятичной дроби на один больше количества значащих разрядов после запятой десятичной дроби передпоследней значащей цифрой численного значения частоты тона, имеющего наибольшее количество таких разрядов в пределах диапазона электронного музыкального инструмента, если частоты тонов выражены в герцахили в кратных им единицах измерения,При этом сигнал опорной частотыиспользуют и как сигнал первой сетки частот, а при формировании сигна. лов частот:второй сетки сигналы частоты первой сетки умножают максимумв 9 раз.Кроме того, с целью упрощенияфильтрации выходных сигналов, опорную частоту выбирают в диапазоне радиочастот.. Формирователь сигналов частотпервой сетки (фиг. 2) содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенныхделителя 7 частоты с коэффициентомделения десять, нелинейного смесителя 8 и избирательного фильтра 9верхней или нижней боковой частот,при этом вход делителя частоты первой из цепочек и входы нелинейныхсмесителей первой сетки всех остальных цепочек соединены с входом формирователя частоФормирователь сигналов частотвторой сетки содержит п наборов умножителей 1 О частоты по числу сигналов частот первой сетки, входы умножителей частоты каждого набора соединены с соответствующим входом формирователя частот второй сетки, авыходы - с его соответствующими выходами, причем число умножителей частоты в каялом наборе равно восьми, акоэффициенты умножения соответствуют целым Зислам от 2 до 9,Формирователь задающей частоты содержит последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных нелинейного смесителя 11 и избирательного фильтра 12 боковой частоты, при этом первый вход нелинейного смесителя 11 первой цепочки и вторые вхо,ты нелинейных смесителей 11 всех остальных цепочек соединены с соответствующими выходами сигналов частот первой и второй 12397 й 7сеток, причем порядок соединения определяется конкретным алгоритмом получения задающих частот согласнопредлагаемому способу, выход фильтра 2 последней цепочки соединен свыходом формирователя 6. Число формирователей б задающих частот должно быть равно числу тонов электромузыкального инструмента.1 О Формирование частот производитсяследующим образом.Электрические колебания опорнойчастоты Г =100.000,00 Гц вырабатыва-.опют генератором опорной частоты, ста билизированным кварцевым резонатором. Из колебаний опорной частотыГ для каждого формируемого тона получают сигнал задающей частоты, численное значение которой вьппе чис ленного значения опорной частоты наконкретную величину численного значения частоты формируемого тона. Дляэтого из сигнала опорной частоты Гоппредварительно формируют сигналы пер вой сетки частот следующим образом.Делят на десять частоту Г , полученный сигнал смешивают нелинейно ссигналом опорной частоты Гп и из продукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты, которая имеетследующее значение:-Г + /10-100.000,00+10.000,00 =10.000,00 Гц,35Частоту Г выделенного сигналапонижают в 10 раз, после чего сигнал пониженной частоты Г нелинейно смешивают с сигналом частотой Ги из продукта смешения выделяют сиг нал верхней боковой частоты Е, счисленным значениемК, = + /10=100.000,00+11.000,00 =1.000,00 Гц.Аналогично понижением в О раз частот. Г Г, нелинейным смешеницф Мем этих сигналов с сигналом опорнойчастоты Е и выделением сигналовверхних боковых частот из продукта 50смешения получают частоты Г 153,,В результате таких преобразо 1 гп+ваний получают сигналы первой сеткичастот, Гц:Йи=00.000,00)Г =10.000,0013=111.000300Е, =11,00,00;Г, =11.110,00;=666.666,661Е =800.000,00 у Ев=777777 ф 77 г Е =900.000,00,50 Ег,=200. 000, 00, Е =220.000,00;001 Его=222. 200,00; Ег =222.220,001 Ег =222.222,001 Е,=300.000,00;Е 330.000,00 Е =333.000,00; Е.300,00, Е =333,330,00, Е =333,333,00) предельная частота которых можетдостигать численного значения Е =11,111,(1)В состав частот первой сетки входит и опорная частота Е =Еи опСигналы первой сетки частот формируют так, что численные значения частот первой сетки выражаются только единицами и нулями и различаются между собой количеством разрядов5 выражающихся единицей, причем в численных значениях частот первой сетки единицы должны быть сосредоточены только в старших разрядах, а нули - в младших.20Количество частот первой сетки формируют в зависимости от точности формирования частот тонов (до десятых, сотых или тысячных долей герца) и от выбранного значения опорной ча 25 стоты Е : чем выше опорная частотаопи точность Формирования частот тонов, тем с большим количеством частот формируют первую сетку. Исходя из этого у последнего из сформированных сигналов частот первой сетки количество единиц в численном ее значении после запятой должно быть больше на одну числа разрядов после запятой до самой младшей значащей цифры того из формируемых тонов, у которого в пределах диапазона ЭМИ число таких разрядов наибольшее. При формировании частот тонов с точностью до сотых долей герца последний из сформированных сигналов частот первой сетки в численном ее значении должен иметь два разряда после запятой, равных единице. В нашем примере этому условию удовлетворяет частота Е8 =111.111,11 Гц.45 1 Затем формируют сигналы частотвторой сетки. Для этого умножают в2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 раз каждуюиз сигналов частот первой сетки, врезультате получают следующую сеткучастот, Гц: Е =888.888,88, Е =999.999,99,Из сигналов частот первой и второй сеток получают задающие частоты. Например, при формировании тона ДО субконтроктавы, имеющего значение частоты Р =16,35 Гц, из сигналово,скчастот сеток выбирают сигналы такой частоты, младший значащий разряд численного значения которой .равен последнему значащему разряду численного значения задающей частоты Е,о.ск ф т.е. выбирают сигнал второй сеткй с частотой Е =555.555,55 Гц58Этот сигнал нелинейно смешивают с сигналом такой из частот сеток, при котором выделением из продукта смешения сигнала боковой частоты получают. частоту Еп, два младших значащих разряда в численном значении которой совпадают с одноименными разрядами численного значения получаемой задающей частоты. Такому условию удовлетворяет частота Е г второй сетки: Е =888.888,80 Гц,Сигналы с частотами Е и Е г смеУ 8 шивают нелинейно и вновь выделяют сигнал верхней боковой частоты: Е =Е +Е г=1.444.444,35 Гц.иВыбрав частоту Ез второй сетки, нелинейно смешивают соответствующий сигнал с сигналом частотой Е и выл деляют сигнал нижней боковой частоты Е из продукта смешения:Я888,888 00 Гц,Ер =ф-Е=555 556,35 ГцАналогичнопродолжают преобразованияГб =Г, +Г =1.222.216 35 Гц,65=66-6 =1.ООО.О 16 З 5 гц,11, =66 цв=ОО.О 6 55 Гц.Нижняя боковая частота Г является11задающей частотой тона ДО субконтроктавы:Е =Г ,=100.016,35 Гцсигнал этой частоты в заключение нелинейно смешивают с сигналом опорной частотой Г и из продукта смешения фильтром нижних частот выделяют сигнал нижней боковой частоты РоЯО,Сц, ц который является тоном ДО субконтроктавы:6,М ГцАналогичными приемами формируют и остальные частоты тонов диапазона. ЗМИ, в том числе и частоту наивысшего тона ЗМИ, например частоту, Гц,тона СИ пятой октавы, равную 5= =7902 ф 13 Гц.Г Г й 111.111,13 Бн садЕсин сиь79025 Те же частоты тонов могут быть сформированы использованием других частот сеток, Опорный генератор может иметь другую частоту, что приводит к другим значениям частот сеток, Задающие частоты могут быть как выше опорной частоты, так и ниже нее на величины численных значений формируемых частот тонов.В общем случае при опорной частоте ГО=100.000,00 Гц для получения тона частотой АБВГ, ДЕ необходимо сформировать задающую частоту т==10 АБВГ, ДЕ (Гц).Для этого из сигналов частот сеток первой выбирают сигнал с частотой Е =ЕЕЕ.ЕЕЕ,ЕЕ (Гц),младший значащий разряд которой численно совпадает с одноименным значащим разрядом частоты Г. Затем из сигналов частот сеток выбирают второй сигнал с частотой Г =Ххх, ХХХ, Х О, в численном значении которой разрядов со значащими цифрами на 1 меньше н сравнении с численным значением частоты т, . Кроме того, цифра Х. численного значения частоты 1 должна иметь такое численное значение, при котором после нелинейного смешения частот г 5 и т. и выделения из пров дукта смешения выбранной (верхней или 1 О нижней) боковой частоты в численном значении последней два младших значащих разряда совпадут численно с одноименными разрядами частоты Г.НелиПййно смешивают сигналы с часто тами Г, и Г и выделяют сигнал однойиз боковых частот ГБ,:ЕЕЕ.ЕЕЕ,ЕЕ - ХХХ. Хдхрх, ХО=у,у, у 1 .у,у, у ДЕ .20Затем из сигналов частот сетоквыбирают третий сигнал частотойК =Х,Х,Х,.Х,Х,ХОО Гц.3 Э 6 ц ц25 в численном значении которой разрядов со значащими цифрами на 1 меньше в сравнении с численным значением частоты Г,а цифра Х э должнаиметь такое численное значение, при 30 котором после нелинейного смешениясигналов частот Г и й и выделенияиз продукта смешения сигналов выбранной (верхней или нижней) боковойчастоты в численном значении последней три младших значащих разрядасовпадают численно с одноименнымиразрядами частоты Г, Нелинейно смешивают сигналы с частотами Е и Гц 1и выделяют сигнал одной иэ боковыхчастот Г40у у у у у,у ДЕ+-Х Хх,хэхзХ е45 Аналогично, последовательно выбирая сигналы частот сеток с меньшимколичеством значащих разрядов, нелинейно смешивая каждый очереднойвыбранный сигнал с каждым последним 50 из выделенных сигналов боковых часто 1 и выделяя каждый очередной сигнал боковой частоты, добиваются последовательного возрастания в численном значении выделяемых боковых 55 частот разрядов, совпадающих с одно 1именными разрядами численного значения формируемой частоты Г вплотьдо полного совпадения всех разря 1239747 10доя, т,е. до полного сформированияэадаюиеЙ частоты Г:У 4 У 4 У 4 . БВГ, ДЕ -Х 6 ХХ .00000:==Уь ОА. БВГ, ДЕ ,УьОА.БВГ, ДЕ - Х 00,000,00=10 А.Согласно изобретению частоты тонов могут быть сформированы с любой степенью точности и удовлетворяющие любой кривой настройки ЭМИ, например кривой О,Л,Рейлсбека, Относительная нестабильность частот тонов равна относительной нестабильности опорной частоты и одинакова во всем диапазоне ЭМИ, в том числе и на самых низких частотах тонов, включая субконтроктаву. При стабилизации частоты опорного генератора кварцевым резонатором без особых затруднений достигается относительная нестабильность частот тонов, не превышающая +0,001%. Это позволяет использовать тональный генератор для настройки концертных роялей.Музыкальный строй тонального генератора не нарушается даже в том случае, когда опорная частота не ста.=- билизирована кварцевым резонатором, Такая высокая стабильность частот тонов и строя в целом сохраняется до физического износа радиокомпонентов, т.е, практически в течение 5- 15 лет.При регулировке тонального денев ратора по изобретению после изготовления нет необходимости в тщательной настройке его избирательных фильтров, в качестве которых могут быть использованы радиочастотные резонансные контуры радиоприемной аппаратуры, достаточно грубой настройки, при которой выделяемые частоты должны попасть в полосы пропускания фильтров, До тех пор, пока выделяемые фильтрами частоты остаются в пределах полос пропускания этих фильтров, изменение настройки фильтров не оказывает влияния ни на частоты тонов ЭМИ, ни на его музыкальный строй в целом.Предлагаемый тональный генераторпозволяет реализовать гармоническийметод темброобразования просто,10 15 20 25 30 35 40 ,15 50 55 Формула изобретения 1, Способ формирования шкалы частот электромузыкального инструмента по методу биений, при котором каждый из сигналов задающей частоты нелинейно смешивают с сигналом опорнойчастоты и выделяют сигналы разностных частот, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точностии стабильности строя электронногомузыкального инструмента при одновременном снижении требований к точностинастройки частотозадающих элементов,из сигнала опорной частоты, численноезначение которой выражается единицейв старшем разряде и нулями - в остальных, предварительно формируют сигналы частот первой сетки, численныезначения которых выражаются единицами в старших разрядах и нулями - востальных и различаются между собойчислом старших разрядоВ, выраженныхединицей, затем из сигналов частотпервой сеткИ формируют сигналы частот второй сетки, в целые числараз более высокие, после чего дляполучения каждого сигнала задающейчастоты выбирают соответствующие сигналы с частотами сеток, с которымивыполняют следующие операции: одиниз выбранных сигналов нелинейно смешивают с другим выбранным сигналом,из продукта смешения выделяют первыйсигнал боковой частоты, который нелинейно смешивают с третьим из выбранных сигналов и выделяют второйсигнал боковой частоты, затем продолжают нелинейное смешение каждого последнего из выделенньгх сигналовбоковых частот с каждым очередным извыбранных сигналов частот сеток и выделение сигнала боковой частоты изкаждого очередного продукта смешениядо получения сигнала задающей частоты, при этом первым выбирают сигналтакой частоты в численном значениикоторой последняя значащая цифра совпадает с последней значащей цифройодноименного разряда численного значения получаемой задающей частоты,каждый последующий сигнал частотсеток выбирают с численным значениемчастоты, содержащим меньшее количест2.9747 9. Устройство по и. 7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь частот Второй сетки содержит.п наборов умножителей частоты по числу сигналов частот первой сетки,входы умножителей частоты каждогонабора соединены соответствующим входом Формирователя частот второй сет кн, а выходы - с его соответствующими выходами, причем число умножителей частоты в каждом наборе не превьгшает восьми, а коэффициенты умножево значащих разрядов в сравнении счисленными значениями частот предыдущих из выбранных сигналов, и таким,при котором в численном значении ча.стоты каждого последовательно, выделяемого сигнала выбранной (верхнейили нижней) боковой частоты возрастает количество младших разрядов, совпадающих по значению с одноименными1разрядами численного значения частоты получаемого сигнала задающей частоты.2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что для Формирования сигналов частот первой сетки сигнал с пониженной в десять раз опорной частотой нелинейно смешивают ссигналом опорной частоты и из про.дукта смешения выделяют сигнал верхней боковой частоты, затем повторяют нелинейное смешение каждого последнего иэ вьщеленных из продуктасмешения сигнала верхней боковойчастоты, пониженной в десять раз,с сигналом опорной частоты и вьщеление из продукта смешения очередногосигнала верхней боковой частоты до,окончания формирования всех сигналовчастот первой сетки, при этом каждыйвыделенный сигнал верхней боковойчастоты является сигналом частот первой сетки,3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что формируют такое количество сигналов частот первой сетки, при котором значение частоты последнего из этих сигналов содержит в своем численном значении количество значащих после запятой разрядов десятичной дроби на .один больше количества значащих разрядов после запятой десятичной. дроби перед последней значащей цифрой численного значения частоты тона, имеющего наибольшее количество таких разрядов в пределах диапазона электронного музыкального инструмента, если частоты тонов выражены в герцах или в кратных им единицах измерения.4. Способ по пп. 1-3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что сигнал опорной частоты используют и как сигнал первой сетки частот.5. Способ по пп, 1-4, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что при формировании сигналов частот второй сетки сигналы частот первой сетки умно жают ие более чем в 9 раз. 6. Способ по пп.- 5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения Фильтрации выходных сигналов, опорную частоту выбирают в диапазоне радиочастот.7. Устройство для формированияшкалы частот электромузыкального инструмента, содержащее генератор опорной частоты, выход которого подклю чен к первому входу смесителя, выходкоторого соединен с входом фильтранижних частот, выход которого является выходом устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью 15 повышения точности и стабильности музыкального строя при одновременномснижении требований к частотозадающим элементам, в него введены формирователи частот первой и второй що сеток и формирователь задающих частот, причем выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя частот первой сетки, выходкоторого соединен с входом формирова теля частот второй сетки и первымвходом формирователя задающих частот,выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй вход - свыходом .Формирователя частот второй сетки.8. Устройство по п. 7, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что формирователь сигналов частот первой сеткисодержит последовательно соединенныецепочки, состоящие из последовательно соединенных делителя частоты скоэффициентом деления десять, нелинейного смесителя частот и избирательного фильтра верхней боковой частоты, выход которого является выходомформирователя сигналов частот первойсетки, при этом вход делителя частоты первой иэ цепочек и входы нелинейных смесителей всех цепочек соединены с входом формирователя частотпервой сетки.14 1239747 ЧпстотыпервойсеениУп"- Уд,Часпюты бторай еетни УЙ 7 - у/п%ПИ Государственного комитета ССо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д к ое 1130 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. У роектная,д пня соответствуют целым числам лежащим н пределах от 2 до 9. О. Устройство по и. 7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь задающих частот содержит после - довательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно соединенных нелинейного смесителя и избирательногофильтра боковой частоты, при этомпервый вход нелинейного смесителяпервой цепочки является первым входом формирователя задающих частот, авторые входы нелинейных смесителейвсех цепочек являются вторым входомформирователя задающих частот.