Генератор тональных сигналов для электромузыкального инструмента

/06// 6 10 Н 5 ЛИОАНИЕ ИЗОБРЕТ адцат етств ого д ьего,ал 2. Генер ющийся тель разнос и частот в напряженивый формирователь п содержит пе жительных и выход котор входами пер ких элемент соединены с 5 К 15-тр ных импульсов ен с первыми ямоугол оед рого логичесвыходы которыхнно с входами ого и- НЕ тветстве а, и второи формиователь пол ых импльсо ых прямоугол и выход кото ыми входами ожитель в, вход го соедин соответственно первого и второгологических элементов 2 И-НЕ, причемнеинвертирующий выход 25 -триггера соединен с общей шиной через последовательно соединенные первый резистор, первый конденсатор, второй итретий резисторы, к точке соединенияпервого конденсатора и второго резистора подключен катод диода, анодкоторого соединен с общей дпной,а параллельно третьему резистору подключен второй конденсатор, при этомвходы первого и второго формирователей положительных прямоугольныхимпульсов и точка соединения второго и третьего резисторов являетсясоответственно вторым и первым входами и выходом преобразователя разности частот в напряжение. но ны соо ого октавнадцато и десяпреоб в напряжеятого,го и ГОсудАРстВенный кОмитет ссспо делАм изОБРетений и откРыт Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬС 7(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9658595 кл. Сг 10 Н 1/02, 1979.2. Авторское свидетельство СССР 9790012, кл. б 10 Н 5/06, 1978 (прототип).(54)(57) 1, ГЕНЕРАТОР ТОНАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ Д 3 Я ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, Содержащий двенадцать каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные управляемый генератор и два октавных делителя частоты, причем выходы вторых октавных делителей частоты являются выходами генератора тональных сигналов, отличающийся тем, что, с целью улучшения. качества звучания электромузыкального инструмента путем повышения устойчивости строя, в него в каждый канал введен преобразователь разности частот в напряжение, включенный между выходом и входом управляемого генератора, причем вторые входы преобразователей разности частот в напряжение первого,третьего, шестого, восьмо надцатого каналов подключ ветственно к выходам перв ного делителя частоты две второго, пятого, седьмого го каналов, а вторые вход зователей разности частот ние второго, четвертого, седьмого, девятого, десят го каналов по.тключены соотчнно к выходам второго октав лителя частоты первого, тречетвертого, шестого, восьевятого и одиннадцатого каор по п.1, о т л и ч тем, что преобразова 1120395Йзобретение относится к облсстГ конструирования электромузыкальныхинструментов и может быть ис - пользовано для стабилизации муэыкяль. ного строя электромузыкальных инс.рументов,Известен электромузыкальный инструмент с автоматической подстройкой музыкального строя, содержащий Высокочастотный генератор, первый вы- О ход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока выделения основного тона, второй выход высоко" частотного генератора подключен к 15 внешней колебательной системе, тре:ий его выход соединен с первь 1 ми входами смесителей, вторые входы которых соединены через задающие тон генераторы с выходами блоков формирования 2 О синхросигналов, а выходы смесителей соединены с входами фильтров нижних частот, причем в каждом блоке формирования синхросигналов последовательно включены умножитель частоты, вход 25 которого соединен с четвертым Выходом высокочастотного генератора., и делитель частоты, выход которого подключен к входу смесителя, а также последовательно включены умножитель ЗО и делитель частоты между выходом сумматора и вторым входом смесителя данного блока формирования синхросигналов, фильтр нижних частот и модулятор, причем выход смесителя данного блока через фильтр нижних частот подключен к первому входу модулятора, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход модулятора подключен к выходу данного блока формирования синхросигналов Я .Указанное устройство сложно гс своей структуре и не может быть использовано для автоподстроики равномерно-темперированного строя, Рыходные сигналы звуковой частоты В устройстве содержат негармонические составляющие. Наиболее близким к изооретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является генератор тональных сигналов содержащийканалов формирования в первом из которых последовательно включень 1 задающий генератор и два делителя частоты, а в остальных каналах формирования последовательнс Б кл 10 ч е п 1 1 у и р л В. 1 я 101 пи и Г е 1 е р я т Ор си нусоигтатт:. Пьгк сигПалов и,;Ва Октявнь 1 хдеп 1 гге 1 т;. -астэть 1,. причем в каждыйканал 11 ормиповапт 1 я. кроме первого, Введены пзя последова:ельно Включенн 1.ж смеситеття частоты пел выйи Бтопой Входы первых пяти из кОтО -рых, .кроме первого Входя первого смесителя частоты второго канала Аормирона 1 тия, соединены с ВБ 1 ходамигенераторов синусоидапьных сигналов соответственно трелыдущего и,анного кяь 1 ялОВ формировяния 1 я первыи ВхОдпервого смесителя частоты второгоканала формирования соединен с выходом задающего генератора, входы первых смесителей частоты шести Ос тавшихся каналов формирования, кроме первого входа первого смесителя частоты последнего канала формирования, СОЕДИНЕНЫ С ВЫХОДаМИ ПЕРВЫХ ОКТ 2 В 1 твтХ делителей частоты предыдущего и дан О Ка:заЛОВ ФОРМИЭОВсНИЯ 9 ю ПЕРВЫИ вхог, первого смесителя частсты последнего канала формирования соединен с Вь 1 ходом зядак 1 щего Генератора,. вторые входь 1 вторых смесителей частоти пяти первых и двух последнихканалов формиро=ания соединены свыходами первых октавных делителеичастоты первьх семи каналов форьярования, а вторые входы вторых смесителей частоты Остальных каналов формиро:Бания сосдинены соответственно с вьгхадами вторьгх октявных делителей частоты четырех последних каналов фор 1 ьирозания 2Недостатками известного устройстВа являются непериацичность последозательиости синхроимпульсов на выходах смесите 1 тей, что ттриводит к дрожанию периодов Выходных звуковых сигналов Возможность возникновения режима автоколебаний, т.е. паразитной частот-:Ой модуляции тяк как устройство охвачено Обратной связью с запаздываюшими звеньями (фильтры и Внутриперио;.1 ное Ожидание очередного синхроимпу.тьса), и сложность устройства, закл 1 очающаяся в наличии 22 смесителей,елью Изобретения Является улуч" 11 ение качства звучания инструментапутем повышения устол 1 ивости строя, .Поставтенная Вел постит аетсятем,. что з гсператор тон:.льньтх сигчалов дпя элек:рокчзыкального ин 1 тр тмеита содержя 1 тгий пвенадцатьКроме того, преобразователь разности частот в напряжение содержит первый формирователь положительных З 0 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго логических элементов 2 И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входами б и 1 Д 5 - 35 триггера, и второй формирователь положительных прямоугольных импульсов, вход и выход которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго логических элементов 40 2 И-НЕ, причем неинвертирующий выход 5 -триггера соединен с общей шиной через последовательно соединенные первый резистор, первый конденсатор, второй и третий резисторы, к точке соединения первого конденсатора и второго резистора пбдключен катод, диода, анод которого соединен с общей шиной, а параллельно третьему резистору подключен второй 50 конденсатор, при этом входы первого и второго формирователей положительных прямоугольных импульсов и точка соединения второго и третьего резисторов являются соответственно 55 вторым и первым входами и выходом преобразователя разности частот в напряжение. 45 каналов, каждый из которых содер - жит последовательно соединенные управляемый генератор и два октавных делителя частоты, причем выходы вторых октавных делителей частоты5 являются выходами генератора тональных сигналов, в каждый канал введен преобразователь разности частот в напряжение, включенный между выходом и входом управляемого генератора, 1 О причем вторые входы преобразователей разности частот в напряжение первого, третьего, шестого, восьмого и одиннадцатого каналов подключены соответственно к выходам первого октавного делителя частоты двенадцатого, второго, пятого, седьмого и десятого каналов, а вторые входы преобразователей разности частот в напряжение второго, четвертого, 20 пятого, седьмого, девятого, десятого и двенадцатого каналов подключены соответственно к выходам второго октавного делителя частоты первого, третьего, четвертого, шестого, восьмого, девятого и одиннадцатого каналов. Улучшение качества звучания инструмента достигается путем использования принципа взаимной автоматической подстройки тональных генераторов по заданному частотному интервалу, например, по интервалу квинты, а не по фазе, как это сделано в известных устройствах. Потенциальная устойчивость устройства обеспечивается использованием цепи обратной связи, образованной включением преобразователей разности частот в напряжение между выходом и входом .тональных генераторов, содержащей только одно запаздывающее звено, что значительно улучшает качество звучания инструмента.На фиг. 1 представлена функциональная схема генератора тональных сигналов для электромузыкального инструмента, на фиг.2 - принципиальная схема преобразователя разности частот в напряжение, на фиг.3 зависимость выходного напряжения преобразователя от разности частот.Устройство содержит двенадцать каналов 1-12, последовательность номеров которых соответствует квинтовой последовательности нот а-е-Ь-Г 1 з-едзр 1 з-Йз-Ь-Г-с-р-Й. Каждый канал содержит последовательно соединенные управляемый генератор 13,1 - 13.12, первый и второй октавные делители 14.1 - 14.12 и 15.1-15,12 частоты.Вход и выход управляемых генераторов 13.1 - 13.12 соединены соответственно с выходом и первым входом преобразователей 16.1 - 16,12 разноси частот в напряжение. Второй вход последнего в первом, третьем, шестом, восьмом и одиннадцатом каналах подключен к выходам первых октавных делителей 14.1 - 14.12 частоты соответственно в двенадцатом, втором, пятом, седьмом и десятом каналах. Второй вход преобразователей 16 2, 16 4; 16 5, 16 7; 16 9 16.10; 16.12, разности частот в напряжение во втором, четвертом, пятом, седьмом, девятом, десятом и двенадцатом каналах подключен к выходам вторых октавных делителей 15.1, 15.3; 15-4; 15-6; 15-8; 15-9;15-11 частоты соответственно в первом, третьем, четвертом, шестом, восьмом, девятом и одиннадцатом каналах.153 Выходы вторых октявных е.и; елей 15-1-15-12 частоты являютсявыходами генератора тональных сигналов для электромузыкального нс.тру мента.Преобразователь разности часто. в напряжение (фиг.2) содержит 5 ер . вый и второй формирователи 17 и 18 положительных прямоугольных импуль 1 Н сов. Выход формирователя 1соединен с первыми входами первого и Второго логических элементов 2 И-ИЕ 19 и 20., Второй вход первого логи:еского элемента 2 И-ИЕ 19 соединс.н с входом второго формирователя 18 положительных прямоугольных импульсов вьход которого соединен с вторым вхогом второго логического элемента 2 И-.1 Е 20, Выходы первого и Второго логических элементов 2 И-НЕ 19 и Г) соединенысоответственно с входами 5 и 1 1 ив триггера 21. Между неинвертирующим выходом 815 -триггера 21 и общей шиной включены последовательно соединенные первый резистор 22, первый конденсатор 23, второй и третий резисторы 24 и 25, Точка соединения первого конденсатора 23 и второго резистора 24 соединена также с катоО дом диода 26, анод которогс соединен с Сбщей шиной, а параллельно третьему резистору 25 подключен второй конденсатОр 27 е ТОЧКЯ соединения Второго и третьего резисторов 24 и 25 является выходом преобразователя разности Зб частот в напряжение.Входы первого и второго формирователей 17 и 18 положительньх прямоугольных импульсов 5 вляются соответственно вторым и первым входами пре- С образователя разности частот В напря.жение,Устройство для любого из 12-тинапример, 1 -го канала, работает сле-.,дующим образом.Сигнал с частотой Г с вьхода в . енератора 13. В каждом кана:е госту -пает на первьй вход преобразовате-.ля 1 О,. разности частот в напр 111,е-ение, Ба второй вход преобразоватег 5поступает сигнал с частотой Г 2, 1;Оггурченной в результате деления В 2раз частоты генератора 13 1-1 предыдущего канала В качестве предьдущеговьбран такой ка.нал, при котором соотношение между частотами Г и Г 5,выражаемое формулой Г,;=- пГ;,У где и;целое число Грасстройка, необ:; р 1 И Е я ;:о:.,Ея ТОЧНОГО ЗНЯЧЕ"Я Т = ч - МРЛ " Г Р у Ч РЯВНО 1.ее яие 1 шее 3 я" 11 ие11 . Этой .ребо-:.яню 1 Овне- Оряст 1 н. ерзал, :;.Ьй Схге гК,11; 1 КВ.;1.8 л, ОМг11; Еобр 1.г 1 ЯТЕ"." 1 раэ ОСТИчястот н ня 1;.Яжение срядниВяе часто ты Г, 1и В. - ,.=,багывает на Вы 2),Е Н 1 Р 5 ЖЕИЕ, ,П )110 РЦИС)НЯЛЬНОЕ -ВО 3 Г, - Г,: ".то наряжение поступает: - я Вх Од .енерятора 13 ф 1 н изменгет его частоту Гтак, что знак изменения Г, совгядает со знаком зменсния Г, Такимгб ;" Зом Осуществляс.ся Взсимна 51 стаоиязяцяя частот Г, 1, Г, в двух соседних каналах, Мгновегнос зпа- ЧЕНИЕ ЧяСТСТЫ Гг С УЧЕТОМ СТябИЛИЗИРУЮЩЕГО ВЯНИЯ -ас ОТЫ Тг ОПРЕ,;,е "яетсяс формуле,. е Го - значение частоты генерято ра 13:Оез стабил:зирующего Всздейсгвия частогь Г 2,К - коэффициент силения разомсг 1 той г:етли Обратной связи,ОбразОВЯнной Вкг:юче 1 ием ГенерЯтора 1. . межз ньхоом и пс.рвым Входом состве.ствувцего преобразователя 1 б Г разности частот В аряжениеТ - постоянна". Вре:ени фльтруюп,его зве.я В схеме преобразователя :; ., НСООХОДИМСГО,гЛЯ СГЛЯжИВЯНИЯВЯХОДОГО НагРЯжЕНСЯ."Б - о-ератсрресбразовянияяпласа.с , яОВНБшееся.: няче ие рясстройкиОлгЕДРПЯЕТС;1 1 О фОР:УЛЕиРЕЯОгм -)КНОР.ТССР ГО,ЯЬ.Р.:ялов для 3;.ектрО.уз сального 1 н с".ру 1 ентя являетя зя."Гнутой ч те ои старил - ,яции частоты.т,е. часг ген" ря".О я 13 "1 з гервом кана112039-.1-Ц и) 13"1 в первом канале. Возможностьпостроения замкнутой системы вьггекает из свойства замкнутости равномерно-темперированной шкалы частот музыкальных тонов 7 а именно, при обходе 5тринадцати нот с равными интервалами между ними интервал между первойи тринадцатой нотами будет равен целому числу октав, Поскольку частотыгенераторов 13.1 - 13.2 в каналах 1 - 12расположены в пределах одной октавы, отношение частоты стабилизируемого генератора 13, в -м каналек частоте стабилизирующего генератора 13.1 в(1-1)-канале соответствует либо квинте, либо на октавуниже квинтьч, т.е. близко к отношению ЧОЧЧ 2 " ОЧ 2 ЧЧ Ч 2 Ч - ОП ч 2 1- П 8где п= . 8 ч". + К ч 1+ КГ - частота без учета стабилизаоп 25ции генератора 13-. в и-канале,Кп - коэффициент усиления разомкну"той петли обратной связи ви-канале (нумерация каналовв Формуле (3) начинается с того канала, в котором расположен генератор 13 . с частотой,определяемой этой Формулой) .ч 2Поскольку , 8 всегда меньше еди 6:чницы и, учитывая, то что в (1) имеется только одно запаздывающее звено,система потенциально устойчива.Так как схемы генераторов 13. 113.,12 и преобразователей 16.1 - 16.12разности частот в напряжение вовсех каналах идентичны, то Ар А 2 А 7,=А ВВр В В . При изменении Г наГоч в одном из каналов взаимнаярасстройка строя инструмента не будет.превышать величиныМ-Вчч)- )Стабилизирующее действие предлагаемого устройства заклюпается в том,что 1(1-В")50с 1,1- Вч 2и взаимная расстройка частот генератора 13 чз, вызванная уходом частотылюбого из генераторов 13., будетв2 соответственно либо 3/2, либо 3/4, Для получения равенства Г 1 =3 Г -Г2 Мч в тех каналах, где это отношение равно 3/2 сигнал с частотой Г поступает на второй вход преобразователя 16.1 разности частот в напряжение с выхода первого октавного делителя 14,1 частоты соседнего канала. В тех каналах, где это отношение равно 3/4, сигнал с частотой Г поступает с вы-гхода второго октавного делителя 15.1. частоты. замкнутой системе установившееся значение частоты любого из генераторов 13.1 - 13.12 может быть определено по формуле2 Е, ", Ч 2 Ч а 27 раз меньше по сравнению с системой,содержащей двенадцать задающих генераторов, не охваченных взаимной стабилизацией. Преобразование частот Г и Г 2 в напряжение, пропорциональное разности ЗГ - Г 1 в преобразователег16-Г происходит следующим образом,Прямоугольные положительные импуль сы со скважностью 10-15 и частотой Г поступают по первому входу преобразователя на второй вход первого логического элемента 2 И-НЕ 19 и на вход второго Формирователя 18 положительных прямоугольных импульсов, который по спаду входного импульса Формирует положительный импульс с той же длительностью, что и у входного импульса (Фиг.2), Импульсы с частотой 1 д по второму входу преобразователя поступают на вход первого Формирователя 17 прямоугольных положительных импульсов, который по спаду входных импульсов формирует. импульсы с длительностью в 10-15 раз короче импульсов на выходе второго Формирователя 18.Импульсы с выхода второго формирователя 18 поступают на второй вход второгологического элемента 2 И-НЕ 20 импульсы с выхода первого Формирователя 17 поступают на первые входы логических элементов 2 И-НЕ 19 и 20, Импульсы с выходов логических эле-.ментов 19 и 20 поступают соответственно на входы 5 и 1 15-триггера 21.Разность частот /3 - 1 / саответст 1вует разности периодов Т,-Т /=И 1120395Если Т - 3 Т 1) О, та будет иметьместо опережение импульсов ня вторых входах перьога 19 и второго 20 логических элементов па отношению кПреобразователь работает в области малых расстроек, таких что ь 12, где- длительность импульсов на вторых входах логических элементов 2 И-НЕ 19 и 20, На выходе 05 -триггера 21 формируется последовательность прямоугольных импульсов с разнастной частотой /3 -и скважнсстью, зависящей от знака расстройки.Это происходит следующим образом.Если 3 Т- Т 0, то через каждый период Т 2 отставание импульсов на вторых входах первого 19 и второго 20 логических элементов от импульсов на первых входах будет увеличиваться на 61 и фаза совпадения импульсов на входах второго логического элемента 2 И-НЕ 20 будет сменяться Фазой совпадения на входах первого логического элемента 2 И-НЕ 19 и затем фазой несовпадения как на входах первого 19, так и на входах второго 20 логических элементов, В ре 36 зультате этого в течение времени 2Т 2 на вход 1 85 -триггера 2 будут поступать импульсы, подтверждающие нулевое состояние на выходе триггера 21, затем в тсчение времени также т импульсы будут поступатьг6.1с выхода первого логического элемента 2 И-НЕ 19. на вход 5 15-триггера 21, подтверждающие единичное состояние на выходе триггера 21, после этого7- Яв течение временит импульсы2на входах 1 -триггера 21 будут а - сутствсвать, и триггер будет продолжать находиться в единичном состоянии. В результате этого на выходе КБ триггера 21 будет сформирована последовательность прямоугольных импульсов с периодомТ и со скважнастью , гдеЯ - скважность иытпульсов генератора 13х (фиг.1) . Периоду 1- соответствует частотал 255й 3 Т-Т,т Т тт, тт,импульсам ня первых входах, котороечерез каждый период Т будет увеличиваться ня Ь 1, и фаза совпадения импульсов на входах второго лагическсга элемента 2 И-НЕ 20 будетследовать зя фазой совпадения ня вхадах первого лагическога элемента 2 И-НЕ 19. В результате этого на выходе 15 -триггера 21 будет сформирована последовательность импульсов также с периодам .(с,ф 2частотой 1- 3 . на сс скважнсстью Бяннаи В зависимости ст сквяжнасти импульсов ня выходе триггера, а следовательно в зависимости ат знака расстройки Е ; = 3 г. -выходное нагряжение определяется фарыулаыи аЬЦЙ-а 1),ИО2Ч гР р "Ю"ц (1 х,Р10,р Ц -е1 О сопрстивленис третьего резистор; 25;сопротивление второго резистора 24,емкость первого конденсатора 23;амплитуда импульсов напряжения на выходе г", -тригогера 21,Выходное напряжение преобразователя 1 9;,:, сглаженное вторым канденсатараы 27, снимается с точки соединения второго 2 и третьего 25 резисторов, Это напряжение прапарггисняльна среднему значению тока заряда первого конденсатора 23, так как цепи зарядя (второй 24 и третий 25 резисторы) и разряда (диад 26) развязны, Первый резистор 22 ограничивает амплитуду имгульссв разрядного така для тагс, цтобы нагрузка (первый резистор 23 и диод 2 б) не оказывали зрепнсга влияния ня ряссту И-,триггера 21,.На фиг. Зизображена зависимость вью (Й 1 для=10 совместно с зависимостью частоты генератора 13. (фиг.1) от управляющего наРяжения Е = У 32 о 1 И ( 1 И чувствительность изменения частоты генератора к изменению управляющего напряжения, 1 о - частота генератора в отсутствие режима стабилизации).Установившееся значение расстройки равно абсциссе точки пересечения граФиков Ц (дЯ и 0) . На Фиг.3 изображена также Область допустимых расстроек, внутри которой исключается возможность ложного захвата частоты, Коэффициент усиления разомкнутой петли обратной связи, охватывающей генератор 13. и преобразователь 1 б.д разности частот в напряжение (фиг,1), который определяет стабилизирующие свойства устройства, связан с параметрами преобразователя разности частот в напряжение и с чувствительностью генератора через формулу По сравнению с электромузыкальным инструментом "Юность" с 12 генераторной системой - взятым забазовый образец, многоголосныйэлектромузыкальный инструмент, составной частью которого являетсягенератор тональных сигналов, имеетболее высокую стабильность строя ине требует подрегулировки строя впроцессе эксплуатации. Например,при коэффициенте усиления К=101 О разомкнутой петли обратной связиконтура стабилизации частоты взаимная нестабильность строя инструмента уменьшается в 11-12 раэ посравнению с нестабильностью незави 15 симых генераторов (Формула 4), Выходные сигналы строго периодичны,свободны от паразитной частотноймодуляции в виде "дрожания" пе 1риодов и некогерентны между со 20 бой,В предложенном устройстве можно ,применять простые и недорогие низкочастотные задающие генераторы, управляемые напряжением и позволяющие получать эффекты глиссандо, портаменто и вибрато. Отсутствие когерентности звуковых сигналов благоприятно сказывается на качестве звучания аккордов.1120395 гг г ц 9 1 О Л 12 Г Составитель С. ведактор Т. Кугрышева Техред Т.Наточка Коррек клевцо Бутя акаэ 77ВНИИП одпис иал ППП "Патент, г Ужгород, ул, Проектная,49/40И Гос о делам 35, Мос 1 2 5Г йк 3 Тиражарственногоэобретенийа, Ж, Ра 74 Помитета СССРоткрытийская наб д, 4/5