Электромузыкальный инструмент

Электромузыкальный инструмент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к музыкальным инструментам и может быть использовано при их конструировании. Цель изобретения - повышение качества звучания, достигается путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фонезвука той частоты, что и частота слабого сигнала, и уменьшения искажения огибающей звукового сигнала. Это достигается за счет введения источника 14 регулируемого напряжения, а в каждый блок 11-1....11-N регулирования затухания огибающей звука - формирователя 15-1...15 N импульсов, аттенюатора 16-1...16-N напряжения, блока 17-1...17-N дифференцирования, и образования новых функциональных связей. Устройство также содержит акустический блок 1, блок 2 задающих генераторов, блок 3 делителей частоты, источник 4 питания, блок 5 сустейна, демпфер 6-1...6-N, модулятор 7-1...7-N, блок 8-1...8-N манипуляции, ключ 9-1...9-N клавиатуры, формирователь 10-1...10-N импульсов запуска, усилитель 12-1...12-N и блок 13-1...13-N накопления. 3 ил.

2 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (б1) 4 С 1О Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6-и

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ fKHT. СССР

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4188459/24-21 (22) 03,02,87 (46) 30,04.89. Бюл. N - 16 (75) Б.А.Добрецов и Б,А,Каримов (53) 681.828 (088.8) (56) Патент США Ф 4205578, кл, G 01 Н 1/02, 1980.

Патент США У 4248123, кл. G 01 Н 1/12, 1981. (54) ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ (57) Изобретение относится к музыкальным инструментам и может быть использовано при их конструировании, Цель изобретения — повышение качества звучания — достигается путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фоне звука той частоты,.что и частота слабого сигнала, и уменьшения искажения огибающей звукового сигнала. Это достигается sa счет введения источника 1 1 регулируемого напряжения, а в блоки 1 1- 1-11-п регулирования затухания огибающей звука— формирователей 15-1-15п импульсов, аттенюаторов 16-1-16-и напряжения, блоков 17-1-17-п дифференцирования и .образования новых функциональных связей. Устройство также содержит акустический блок 1, блок 2 задающих генераторов, блок 3 делителей частоты, источник 4 питания, блок 5 сустейна, демпферы 6-1-6-п, модуляторы 7-1-7-п,. блоки 8-1-.8-п манипуляции, ключи 9-1-9-п клавиатуры, формирователи 10-1-10-п импульсов запуска, усилители 12-1-12-п.н блоки l3-1-13-п накопления. 3 ил.

1476525

Изобретение относится к музыкальным инструментам и может быть использовано при их конструировании и использовании в концертной деятель5 ности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной 10 различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фоне звука той же частоты и ис" ключения влияния демпферов на формирование огибающей звукового сигнала. 15

На фиг. 1 представлена блок-схема электромузыкального имструмента; на фиг, 2 — диаграммы, поясняющие его работу; на фиг, 3 — диаграмма, поясняющая заполнение огибающих зву- 20 ка при исполнении !1Тремоло", Электромузыкальный инструмент содержит акустический блок 1, последовательно соединенные блок 2 задающих генераторов и блок 3 делителей 25 частоты, источник 4 питания, блок 5 сустейна, п демпферов 6-1-6"и, первые входы которых соединены с выходом блока 5 сустейна, и модуляторов

7-1-7-п, выход каждого из которых 30 соединен с соответствующим входом акустического блока 1, и блоков

8-1-8-n,ìàíèïóëÿöèè, которые содер:жат соответственно ключи 9-1-9-и клавиатуры, формирователи 10-1-10-п импульсов запуска, блоки 11-1-11-и регулирования. затуханием огибающей звука и последовательно соединенные усилитель 12-1.-12-п и блоки 13-1— 13-п накопления, вторые. входы кото- 40 рых являются первыми входами блоков

8-1-8-и манипуляции и подключены к выходам соответствующих демпферов

6-1-6-n,à выходы являются выходами блоков 8-1-8-и манипуляции и соеди45 иены с первыми входами соответствующих модуляторов 7-1-7.-n причем переключающие контакты ключей 9.-1-9-п клавиатуры соединены с выходами соответствующих формирователей 10-1-10-и импульсов запуска, а замыкающие — с

50 входами соответствующих усилителей

12-1-12-п и источник 14 регулируемого напряжения, Блоки 11-1-11-и регулирования затуханием огибающей звука содержат соответственно после- 55 довательно соединенные формирователи

15-1-15-и импульсов, входы которых являются первыми входами блоков

11-1-11-и регулирования затуханием огибающей звука и соединены с выходом соответствующих усилителей

12-1-12-п, аттенюаторы 16-1-.16-п напряжения, блоки 17"1-17-п дифференцирования, выходы которых являются выходами блоков 11 1-11-и регулирования затуханием огибающей звука и соединены с вторыми входами соот ветствующих модуляторов 7-1-7-п а вторые входы являются вторыми входами блоков 11-1 — 11-и регулирования затуханием огибающей звука и подключены к соответствующим выходам блока делителей, при этом и выходов источника 14 регулирования напряжения подключены соответственно к вторым входам соответствующих аттенюаторов 16-1-16-и напряжения, которые являются третьими входами соответствующих блоков 11-1-11-и регулиро- вания затуханием огибающей звука, при этом размыкающие контакты каждого из ключей 9-1-9-и клавиатуры являются вторыми входами блоков 8-1-8-п манипуляции и соединены с вторыми выходами соответствующих демпферов 6-1-6-п вторые входы каждого из которых соединены с выходом ис" точника 4 питания.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а — серия октавных звуков, сформированных на выходе блока 3 делителей; б — импульс запуска на выходах усилителей 12-12-и; в — огибаю щая звукового сигнала на выходах блоков 13-1-13-и накопления; г - отрицательный импульс, сформированный формирователями 15-1-15"и; д - напряжение на выходе источника 14 регулируемого напряжения; е — импульс на выходах аттенюаторов 16-1-16-и напряжения; ж — импульс на выходах блоков 17-1-17-n . дифференцирования, з — диаграмма заполнения огибающей импульсами.

Электромузыкальный инструмент работает следующим образом.

При включении электромузыкального инструмента блок 2 задающих генера-. торов начинает генерировать колебания основных звуковых частот (блок 2 задающих генераторов может содержать и другие вспомогательные генераторы, например для обеспечения эффекта

"вибратор"). В блоке 3 делителей частоты происходит деление этих частот

f476525 и образование серии октавных звуков (фиг, 2 а1соответствующих диапазону частот, получаемому при нажатии клю чей 9-1-9-п клавиатуры блоков 8-15

-8-и манипуляции, Колебания с выходов блока 3, делителей частоты поступают на блоки 17-f — 17-п дифференцирования соответственно их тональности, где дифференцируются(фиг, 2 ж fp ! на участке с,— с, их нулевой уровень совпадает с осью времени), а затем на входы модуляторов 7-1-7-п, Однако пока модуляторы 7-1-7-п не ° буДут открыты, сигнал через них не f5 проходит, Для запуска .модуляторов

7-1-7-и йеобходимо нажать на один из ключей 9-1-9-и. Это вызывает подключение формирователей 10-1-10-п импульса запуска к входам усилителей 12-1-12-и. При этом энергия, накопленная формирователями

10-1 — 10-и импульса запуска от источника 4, поступает как импульс запуска на усилители 12-1 — 12-и (фиг.2 б)

Усиленный импульс запускает блоки

13-1-13-п накопления, в которых формируется огибающая звукового сигнала (фиг. 2в), которая и открывает модуляторы 7-1-7-п, Одновременно усилен30 ный импульс с выходов усилителей

12-1-12-п поступает на формирователи

15-1-15-п, где формируется отрицательный (в данном случае) импульс (фиг.2г) который затем через аттеню1

35 аторы 16-1-16-и напряжения поступает на входы блоков 17-1-17-и дифференцирования, смещая нулевой уровень продиференцированных колебании звуковой частоты. Дополнительно на вторые входы аттенюаторов 16-1-16-п подается регулируемое напряжение от регулируемого источника 14 (фиг.2д)

1 величиной U, которое смещает отрицательный импульс (фиг,2е) и нулевой

45 уровень продиференцированных колебаний с момента t, до уровня "1" (фиг,2ж), Длительность импульса в формирователях 15-1-15-и устанавливают равной длительности запускающего импульса, которая определяет тембровый акцент звука, устанавливающий в начале возникновения звука. В данном случае он соответствует уровню 0,1 амплитуды импульса запуска (фиг. 2б). Можно не привязываться к длительности импульса запуска, однако это уже не будет оптимальным схемотехническим решением с точки зрения простоты схемы, особенно в случае обеспечения различимости слабого сигнала íа фоне сильного той же частотЫ, т.е. гипердинамического диапазона.

Таким образом, с самого начала открывания модуляторов 7- 1-7-п огибающая звукового сигнала начинает заполняться импульсами длительностью, пропорциональной длительности соответствующих продифференцированных сигналов звуковой частоты (фиг, 2з).

Управление огибающей звука осуществляется дополнительно демпферами

6-1-6-п каждый из которых связан с блоком 5 сустейна, что обеспечивает звучание инструмента при снятых с клавиатуры пальцах иеполнителя.

Демпферы 6-1-6-п могут быть, напри мер, выполнены фоторезисторными или электронными, регулировка в них осуществляется бесконтактным способом управления усилением звука. Сочетание пальцевого и педального управления звуком позволяет исполнителю легко добиться нужных динамических оттенков музыкальной пьесы.

Пример 1. Воспроизведение сильного удара.

В момент t при ударе возникает импульс запуска длительностью t t (фиг.1б) . Этот импульс проходит через усилители 12-1 — 12-п, блоки

13-1-13 †накопления и формирователи

15-1 — 15-и импульсов. В блоках 13-1—

-13-п, формируется огибающая звука, а в формирователях 15-1-15-и отрицательный импульс длительностью (фиг.2г), Продифференцированные в блоках 17-1 — 17-и импульсы звуковых колебаний поступают на входы модуляторов 7-1-7-п, которые уже открыты огибающей звука на время

t -t . Импульс с выходов формирователей 15-1 — 15-и просуммированный с напряжением, равным U (фиг.2д), поднимает нулевой уровень продиференцированных импульсов на уровень "1". (фиг.2ж) . В данном частном случае он отрегулирован на совпадение с уровнем напряжения на входах открытых модуляторов 7-1-7-п. При этом огибающая заполняется импульсами длительностью, равной 0,5 Т (периода) звуковых колебаний {фиг.2з), которые и определяют тембр звука и его акцент формируемый в течение t -t . По окончании импульса (t ) (фиг,2г) сиг l 476 нал смещается на уровень "2" (фиг.2ж)

1 определяемый только значением U и через модуляторы 7-1-7-п проходят вершины продифференцированных импуль5 сов, создавая в огибающей короткие импульсы с большой скважностью (фиг.2з), которые с его выхода проходят на акустический блок 1, и так до конца огибающей (t ).

30

Теперь произведем слабый удар (с малой скоростью) при еще не закончившемся первом звуке сильного удара.

При этом возникает импульс запуска

П р н м е р 2. Воспроизведение слабого звука.

При этом подразумевается, что звук (t, "t7 ) отсутствует.: импульса запуска (t,-а ) не было. При слабом (медленном) ударе по ключам 9-1-9-и запускающий. импульс имеет меньшую амп(С, -С ) (фиг.26). Соответственно, огибающая звука (фиг.2г) также меньшей,амплитуды и длительности. Кроме того, меньшую. длительность имеет и импульс на выходах формирователей 15-1-15-п (фиг.2г). Как.и в примере 1, в начале звука огибающая при t4-С полу- . чает более. широкие импульсы (меньшую скважность), а после окончания этого импульса (t ) импульсы, как и в.примере 1, становятся узкими — скважность резко возрастает, Пример 3, Воспроизведение на фоне сильного звука (ti-t )слабого звука (С -t ) (выцелено фигур-ной скобкой на фиг,2э), На этом примере видно, как меняя напряжение на

1 выходе источника, можно управлять скважностью, а следовательно, и тембровым акцентом.

Образование сильного сигнала не отличается. от приведенного в приме- 40 ре 1, так же возникает импульс запуска (t t ) (фиг, 26), которым формируется огибающая (t.,-t ) и одновременно формируется отрицательный импульс (фиг,2Г). Этот импульс про- 45 суммированный с напряжением U, определяет уровень дифференцированных импульсов на входах модуляторов

1 7-п формирующих импульсы заполнения огибающей. При этом в начале 50 звука будут импульсы малой скважности (t,-t4), равной 2, а после окончания отрицательного импульса - с большой скважностью.

525 6 (t<-t ) (фиг. 26) и в блоках 13-1—

-13-и формируется огибающая (t+-t6 ) (фиг, 2в). Но поскольку блоки 13-1-13-и уже формируют огибающую первого сигнала большой амплитуды и длительности, то вторая просто не воспроизводится. Однако при t+ формируется и отрицательный импульс (фиг. 2г). Допустим, что перед уда" ром уменьшают напряжение на выходе источника 14 с U pn U (фиг.2д), при этом импульс снижается с уровня

"4" до уровня "5" (фиг. 2е) в результате продифференцированные импульсы занимают уровень "3" (при

t<-t ), т,е. скважность уменьшается (чуть больше 2) . Огибающая звука начинает заполняться широкими импульсами, что подчеркивает новый тембровый акцент звука, создавая слу" ховое ощущение вновь возникшего звука, но меньшей амплитуды. Этот эффект весьма яркий, так как все импульсы и первого звука (узкие), и второго (широкие) формируются из одних и тех же продифференцированных колебаний от блока 2, но с pasными уровнями в начале звука. Различие звуков при исполнении "тремоло" (фиг.3) обеспечивается эа счет изменения спектра частот в начале каждого звука.

Формирователи 10-1-10-и служат для формирования импульсов запуска (фиг,26) приводящих к появлению звука заданной ноты, что обеспечивается ключами 9-1-9-п в клавиатуре инструмента. В простейшем виде формирователи 10-1-10-п могут быть выполнены в виде емкости, заряженной от источника и разряжающейся при нажатии ключей 9-1-9-п либо в виде постоянного магнита, двигающегося внутри катушки при нажатии ключа, что вызывает импульс тока, амплитуда и длительность которого зависит от скорости перемещения постоянного магнита, т.е, скорости и силы удара по клавише, либо в виде оптрона и т.д.

Блоки 13-1-13-и накопления формируют сигнал огибающей звука. Они представляют собой запертый транзисторный каскад с емкостью, Транзистор отпирается импульсом от фор мирователей 10-1-10-п,. емкость перезаряжается, а на нагрузке транзистора появляется требуемый сигнал оги

1476525

Таким образом, в электромузыкальном инструменте в процессе.воспроизведения звука блоки 11-1-11-и не только регулируют затухание огибающей звуковых колебаний, но осуществляют регулировку скважности звуковых колебаний, обогащая тембр и тембровый акцент звукового сигнала.

Кроме того, подключение блоков

10-1-10-и запуска к источнику 4 питания через демпферы 6-1-6-п приводит к исключению зависимости работы блока манипуляции от работы демпферов 6-1-6-п что уменьшает искажение огибающей звукового сигнала.

45

Формула изобретения

Электромузыкальный инструмент содержащий акустический блок, последовательно соединные блок задающих генераторов и блок делителей частоты, источник питания, блок сустейна, бающеи будущего звука заданной длительности. Каскад сустейна КС (педаль сопряжения аккордов) функционально предназначен для обеспечения эвуча5 ния инструмента при снятых с клавиатуры пальцах и обеспечивается это, например, отсоединением "земли" от блоков 13- 1 "13-и т.е, емкость не разряжается или разряжается значительно медленнее. Формирователи

11-1-11-и импульсов создают отрицательный импульсный сигнал, смещающий нулевой уровень продифференцированных колебаний. При этом длительность этого импульса равна длительности запускающего импульса (фиг,2г), что и определяет тембровый акцент звука.

Этот каскад может быть выполнен в виде мультивибратора, блокинг-гене- 20 ратора, операционного усилителя в заданном режиме и т.д, Функция 17-1-17-и дифференцирования заключается в воздействии на колебания звуковой частоты с целью получения из них 25 дифференцированных импульсов и обеспечением изменения скважности указанных колебаний. Схемно это обеспечивается либо элементарной RC-цепью, либо в сочетании с транзисторами, диодами и т.д. Изменение напряжения ! ft с U до U. и наоборот может быть получено например, с помощью делителя напряжения с переключателем (потенциометр и т.д.), который может быть соединен с ручкой или ножной педалью, и демпферов, первые входы которых соединены с выходом блока сустейна, и модуляторов, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом акустического блока, и блоков манипуляции, каждый из которых содержит ключ клавиатуры, формирователь импульсов запуска, блок регулирования затуханием огибающей звука и последовательно соединенные усилитель . и блок накопления, второй вход которого является первым входом блока манипуляции и подключен к выходу соответствующего демпфера, а выход является выходом блока манипуляции и соединен с первым входом соответствующего модулятора, причем пере- ключающий контакт каждого ключа клавиатуры соединен с выходом соответствующего формирователя импульсов запуска,а замыкающий — с входом соответствующего усилителя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества звучания путем обогащения и изменения тембра и тембрового акцента, увеличения временной различимости между звуками и обеспечения различимости слабого сигнала на фоне той же частоты и уменьшения искажения огибающей звукового сигнала, в него введены источник регулируемого напряжения, а каждый блок регулирования затуханием огибающей звука содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого .является первым входом блока регулирования затуханием огибающей звука и соединен с выходом соответствующего усилителя, аттенюатор напряжения, блок дифференцирования, выход которого является выходом блока регулирования затуханием огибающей звука и соединен с вторым входом соответствующего модулятора, а второй вход является вторым входом блока регулирования затуханием огибающей звука и подключен к соответствующему выходу блока делителей, при этом каждый из и выходов источника регулируемого напряжения подключен к второму входу соответствующего аттенюатора напряжения, который является. третьим входом соответствующего блока регулирования затуханием огибающей звука, при этом размыкающий контакт каждого ключа клавиатуры является вторым входом блока манипуляции и соединен с вторым выФиай . иг.

Составитель Г.Доценко

Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Редактор А.Qrap

Заказ 2161/52 тираж 344 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 ходом соответствующего демпфера, второй н ход каждого из кото phd