Формирователь тонального сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 С 10 Н 5/1 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЙТЕЛЬСТВУ ВТОРСНО(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТОНАЛЬНОГО СИГН(57) Изобретение может быть использвано, в частности, в злектромузыкал 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 расширя- АЛА ет функциональные возможности Ф путемгенерирования выходного сигнала регулируемой формы. 3 з,п, ф-лы, 6 ил. С Ж Ж СЮ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 509988 А 11509988 3Изобретение относится к электромузыкальным инструментам и можетиспользоваться, в частности, в электромузыкальных синтезаторах (МС),Недостатком устройства являетсяограниченный набор форм выходногосигнала - только прямоугольный, треугольный и пилообразный, что понижа"ет исполнительские возможности,Сущность изобретения заключаетсяв обеспечении возможности регулировкиФормы выходного сигнала путем раздельной регулировки зарядного и разрядноготоков интегратора, которая выражаетсяв изменениикоэффициента пропорциональности между коэффициентом деления, т, е,формируемой частотой и формируемымуправляющим напряжением для получения зарядного и разрядного токов интегратора. 20Поскольку регулируются только коэффициенты пропорциональности, Форма выходного сигнала сохраняется для всегодиапазона формируемых частот.При этом сокращается объем тонального оборудования, так как для формирования всех предложенных форм выходных сигналов делитель частоты можетформировать только прямоугольный сигнал со скважностью 2 (меандр),30 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, соединен 50 ные соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя 6, неинвертирующий вход ко" торого 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 аналоговый 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.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. делиьтель 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, твыходов которого соединены ювходами 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 преобразователя 2, Выходное напряжение с первого цифроаналогового преобразователя 2 поступает в качестве опорного напряжения на вход второго цифро-аналофгового преобразователя 12. Последнийимеет по,крайней мере два управляющихкода, которые хранятся в ОЗУ 11 формывыходного сигнала, ОЗУ 11 формы выходного сигнала имеет разделенныевходы и выходы, а также независимыеадреса для записи и считывания информации. Информационные входы и адресные входы для записи информации соединены с выходами формирователя 1 управляющего кода, а информационныевыходы - с управляющими входами второго цифро-аналогового преобразователя12, адресные входы считывания информа ции соединены с выходом делителя 3частоты, который формирует сигналпрямоугольной формы, Этот же сигналпоступает на управляющий вход аналогового ключа 10, который осуществляет переключение направления интегрирования, Если на выходе делителя 3частоты уровень логической "1", аналоговый ключ 10 открыт и происходитзаряд, конденсатора 8, т.е, напряжениена выходе операционного усилителя 6растет. Скорость изменения выходногонапряжения определяется кодами, поступающими на первый 2 и второй 12цифроаналоговые преобразователи,н 1130Сигнал логической 1 , поступающий также на вход ОЗУ 11, подключаетк второму преобразователю 12 регистр,содержащий код, который определяетзаряд конденсатора 8, Когда выходделителя 3 частоты изменит свое сос- Збтояние и установит логический 0",аналоговый ключ 10 закроется и направление интегрирования изменится напротивоположное, Одновременно переключится адресный вход ОЗУ 11 и навторой преобразователь 12 поступитновый код, который определяет скоростьразряда конденсатора 8. При измененииинформации от клавиатуры коды на делитель 3 частоты и первый цифроаналоговый переключатель изменяются синхронно, форма выходного сигнала одинакова для всего диапазона формируемыхчастот,50Принцип управления формой выходного сигнала заключается в следующем.Если нагряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет максимального значения одновременно с пе реключением выхода делителя 3 частоты из состояния логической "1" в состоя-. ние логического "0", а минимальное значение напряжения будет достигнутс одновременно с переключением выходаделителя 3 частоты иэ состояния логического 0 в состояние логической"1", на выходе операционного усилителя 6 будет формироваться сигнал треугольной формы (фиг.5 а), спектр егоимеет вид, показанный на фиг.5 Б,Есликод, определяющий разряд конденсатора8 увеличить, напряжение на выходеоперационного усилителя 6 будет достигать минимального значения раньше,чем переключится Фронт на выходе делителя 3 частоты, при наибольшем значении этого кода Форма выходного сигнала имеет вид, показанный на фиг,5 ь,а его спектр - вид, показанный нафиг,51, Если увеличивать значениекода, определяющего заряд конденсатора 8, то и максимальное значение выходного напряжения будет достигатьсяраньше, чем переключится фронт навыходе делителя 3, а при максимальномзначении этого кода выходной сигналбудет иметь форму, близкую к прямоугольной (фиг,5 ), а спектр его пока"зан на фиг,5 е,Таким образом, изменяя значениякода заряда конденсатора 8, можно получить форму выходного сигнала с желаемым спектральным составом, что иопределяет в общем случае тембр фор;.мируемого звукового сигнала,Но при этом не возможно управлятьскважностью выходного сигнала, в связи с чем ряд гармонических составляющих отсутствует в спектре выходногосигнала, Так при скважности 2 отсутг"ствуют четные гармоники, при скважности 4 - гармоники, кратные 4 ит,д, На фиг,2 и 3 показаны устройства, в которых этот недостаток устранен (при этом сохранена возможностьполучения форм выходного сигнала,реализуемых устройством, показаннымна фиг,1),Для обеспечения регулировки скважности в устройство (фиг,2) введенывторой 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, так как напряжение на прямом входе меньше напряжения Бподанного на инверсный вход,Значения Б и Б выбираюттаким образом, чтобы выполнялисьусловИя П ор 111 оп и П ц 1Пс мскс (может быть Б, ;-Б,), а значениярезисторов К 4 и К 5 выбирают из условия К 5 К 4,Сигнал логического "0" с выходакомпаратора 13 поступает на элементИ-НЕ 17, на второй вход которогоприходит сигнал логической. "1" свыхода делителя 3 частоты, На выходеэлемента И-НЕ 17 устанавливается сигнал логической "1", который поддерживает второй аналоговый ключ 14 воткрытом состоянии. Напряжение с выхода операционного усилителя 6 черезоткрытый второй аналоговый ключ 14поступает на неинвертирующий входкомпаратора 13,Одновременно сигнал с выхода компаратора 13 через инвертор 15 поступает на вход элемента И 16, на второйвход которого поступает сигнал логической "1", который держит открытыманалоговый ключ 10, обеспечивая зарядконденсатора 8 и нарастание напряжения на выходе операционного усилителя 6, Когда напряжение на прямом входе компаратора 13 превышает 0 ,(напряжение на инверсном входе), навыходе компаратора 13 появляется сигнал логической "1". Поскольку навы-,ходе делителя 3 частоты в это времянаходится сигнал логической 1", обааналоговых ключа 10 и 14 закрываются.Напряжение на выходе операционногоусилителя 6 начинает понижаться, однако на выходе компаратора 13 остается сигнал логического "0", так какна прямом входе присутствует напряжеОП ОП 1Когда на выходе делителя 3 частотыустанавливается значение логического"0", аналоговый ключ 14 открываетсяи компаратор 13 может переключиться,однако это уже не имеет значения, таккак сигнал логического "0" с выхода 45делителя частоты через элемент И 16поступает на управляющий вход аналогового ключа 10, оставляя его закрытым, Следовательно, разряд конденсатора 8 продолжается, а напряжение на 50выходе операционного усилителя 6 понижается до минимального значения.Из временной диаграммы (фиг,6),видно, что аналоговый ключ 10 можетбыть открыт только в первой фазе, ": 55аналоговый 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 делителя3 частоты, может быть сформировантолько один сигнал, форма которогоопределяется значениями кодов заряда и разряда конденсатора 8, Если,например, коды заряда и разряда максимальные, на выходе операционногоусилителя 6 получают сигнал большойскважности (фиг.5) оо спектром(Фиг.5). При одновременном уменьшении обоих кодов скважность выходногосигнала уменьшается и достигает вконце концов скважности 2, а формавыходного сигнала имеет треугольнуюформу (Фиг,5). Если же уменьшатьтолько код разряда, выходной сигналперейдет в сигнал пилообразной Формы(фиг.5 и), а спектр его будет иметьвид, показанный на Фиг,5.к, Возможнои одновременное изменение обоих кодов, обеспечивающее и другие Формывыходного сигнала, например можнообеспечить плавный переход от треугольной формы в пилообразную и т.д,В устройстве (фиг,2) скважностьопределяется соотношением и величиной кодов зарядного и разрядного токов, а форма выходного сигнала определяется этими двумя переменными.Сделать регулировку скважности независимой и, следовательно, получитьеще большее разнообразие форм выходного сигнала позволяет устройство,показанное. на Фиг.3. Здесь между делителем 3 частоты и входами ОЗУ 11и аналогового ключа 10 включен программируемый одновибратор 18, у которого вход разрешения счета соединенс выходом делителя 3 частоты, натактовый вход поступает сигнал счастотой Х , а на управляющие входыпоступает код с Формирователя 1 управляющего кода, величина которогоявляется частью величины управляющегокода на делитель 3 частоты,Если делитель 3 частоты организовать таким образом, чтобы его выходная частота превышала требуемую на2 , то период Формируемого сигналаПможно разделить на 2 " одинаковыхотрезков, задав для каждого из нихскорость и направление интегрирования в ОЗУ 11, В этом случае можнополучить выходной сигнал со сложнымспектральным составом, в котором первая гармоника уже не будет иметь доминирующее значение,1509988 9Для обеспечения этого в формирователь введен (фиг.4) делитель 19 час-,тоты на 2", группы из и выходов каждого каскада деления использованы вкачестве адресных входов считыванияинформации из ОЗУ 11Поскольку вОЗУ 11 записана информация для ЦАП 2,12 и для аналогового ключа 10, выходыОЗУ 11 соединены с информационнымивходами ЦАП 12 и управляющим входоманалогового ключа 10, Если формирователь 1 управляющего кода может неза"висимо формировать коды для первогоцифроаналогового преобразователя 2 иделителя 3 частоты (например, выполненна миниЭВМ), то делитель частоты 3может быть выполнен на одном каналетаймера К 580 ВИ 53, одновибратор 18также на одном канале таймераК 580 ВИ 53, первый цифроаналоговый преобразователь 2 целесообразно выпал"нить на микросхеме К 572 ПА 2, второйцифроаналоговый преобразователь 12 -на микросхеме К 572 ПА 1, ОЗУ 11 - на 25микросхемах К 561 ИР 11, операционныйусилитель 6 - на К 140 УД 14, В этомслучае устройство позволяет получитьзвуковой диапазон 8 октав 32 Гц -8 кГц с точностью равномерно-темперированного музыкального звукоряда 0,17.и единичным дискретным значением изменения частоты, равным 1,6 цента(1,64 полутона),Предлагаемое устройство позволяетрегулировать в широких пределах формуи спектр выходного сигнала, чем иобеспечивается расширение функциональных возможностей. Формула изобретения40 1. Формирователь тонального сигнала, содержащий формирователь управляющего кода, первая и вторая группы выходов которого соединены с группами 45 входов управления соответственно пер" вого цифроаналогового преобразователя и делителя частоты, тактовый вход которого соединен с шиной опорной частоты, первый и второй резисторы,пер : 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 своимР.выходом, являющимся выходом устройст. 10ва, 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 щ и й с я 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 щ и й с я тем, что в него введены 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. 4, Формирователь по п.1, о т л и " ч а ю щ и й с я тем. что в негоь 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, 15099881509988 О ь С.Клевцов р А,Иотып К иЙ 5820/5 ИР и ГкБТ С г "Пате Произв Уж о гар ЗакаВЯКАТЬ Саста Техре д И.Дидык ЗчЗ Государственного комитета по 113035, Москва, Женно-издательский комби тенияи и открытиямская наб., д. 4/5