Генератор аккордов с арпеджиатором - 1

Как известно, частоты звуков мажорного аккорда соотносятся как 3:4:5, или, что для характера аккорда то же самое, как 4:5:6 (при увеличении частоты звука в 2 раза получается та же нота, но на октаву выше).  Для минорного аккорда соотношение частот 10:12:15, а для доминантсептаккорда 4:5:6:7 (20:25:30:35). Квартовое двузвучие имеет соотношение частот 3:4, а квинтовое 2:3. Для минорного септаккорда соотношение частот 20:24:30:35 или 20:24:30:36 – что для него лучше (звучит более слитно, без низкочастотных вибраций). Как видно, частоты звуков основных аккордов имеют довольно простые числовые соотношения, и их можно получить от одного тонгенератора с помощью делителей частоты, надо только для них установить наименьшее общее кратное. Примером конструкции электромузыкального инструмента, реализующего этот принцип, может стать полуавтоматический генератор аккордов с арпеджиатором и памятью. Его можно использовать как самостоятельный ЭМИ или как приставку к солирующему инструменту. На рис. вверху слева показана структурная схема ЭМИ. Как видно по ней, инструментом можно управлять с клавиатуры или при помощи записанной на ОЗУ вручную программы.

   Во время игры исполнитель нажимает одну из кнопок клавиатуры.Взятая нота продолжает звучать и после отпускания кнопки. Свечение соответствующего светодиода возле кнопки указывает исполняемую ноту.16 кнопок клавиатуры подключены к квазисенсорному переключателю,также являющемуся формирователем кода воспроизводимой ноты в виде четырехбитного слова. Клавиатура может использоваться как для игры "вживую",так и для программирования 16-шагового оперативного запоминающего устройства ОЗУ-1.Эти режимы выбираются переключателем "Инструмент/Секвенсор".
  Тональный генератор работает на частоте около 34057113 Гц.Сигнал с него делится счетчиком смещения октавы в 2, 4 и 8 раз и поступает на
мультиплексор,управляемый перключателем октав. С переключателя октав тональный сигнал поступает на управляемый 8-разрядный делитель частоты-формирователь музыкального строя.
 Четырехбитное слово кода ноты поступает на 16-разрядный дешифратор, который включает по этому коду одну из диодных цепочек, задающую восьмиразрядному вычитающему счетчику коэффициет деления частоты тонального генератора, соответствующий заданной ноте.
Коэффициенты деления частоты взяты из публикации А.Моисеева "Выбор коэффициентов деления частоты" ("Радио", №3/1990г., с. 63, 64)

  С управляемого делителя частоты тональный сигнал выбранной ноты поступает на аккордовый делитель частоты, формирующий набор частот с соотношениями 20:24:25:30:35:40:60.
Слева внизу представлена структурная схема деления частоты для получения набора звуков с частотами для формирования простых аккордов.
Наименьшим общим кратным данных коэффициентов 20:24:25:30:35:40:60 является 4200, поэтому для упрощения представлений числовых соотношений нот входная частота представлена как 4200F.Коэффициенты деления для данной линейки частот соотносятся как 210:175:168:140:120:105:70. Видно, что многие числа из этого ряда имеют общие  простые делители,поэтому можно использовать ряд общих делителей частоты для этого ряда, что позволяет сократить количество корпусов микросхем в аккордовом делителе до семи.

  Переключателем (мультиплексором) MS1 устанавливают вид аккорда - с септимой или обычное трезвучие с октавным добавлением основного тона, MS2 устанавливает вид аккорда - мажор или минор, а MS3 -переключатель вида аккордов - или ладово-окрашенные (минор, мажор), или ладово-нейтральные с соотношением частот 2:3:4:6.
 
   Мажорное трезвучие, формируемое таким способом, имеет соотношение частот 20:25:30:40. Верхний звук с коэффициентом 40, в принципе, не обязателен - он дублирует основной  тон трезвучия с коэффициентом 20, но на октаву выше.
Этот верхний звук формируется в делителе, чтобы трезвучие и септаккорд имели одинаковую громкость.
Доминантсептаккорд имеет соотношение частот 20:25:30:35. С помощью MS1 выбирается частотный коэффициент либо 40, либо 35.
Минорное трезвучие имеет здесь соотношение 20:24:30:40. А минорный септаккорд - 20:24:30:35. Для минорного септаккорда лучше, чтобы последний коэффициент был не 35,а 36, чтобы созвучие звучало более слитно, без низкочастотной вибрации. Но для упрощения в данном ЭМИ все же оставлен коэффициент 36, к тому же минорные септаккорды используются не очень часто.
Поэтому здесь такие созвучия звучат несколько компромиссно (с вибрацией), но приемлемо.
MS2 выбирает коэффициент 24 либо 25, т.е., аккорд минорный, либо мажорный.
MS3 выбирает либо тонально окрашенный аккорд с частотами 20:24/25:30:35/40, либо нейтральный квартово-квинтово-октавный с соотношением частот 20:30:40:60 - иногда предпочтительнее такие созвучия.
  В итоге, с формирователя свойств аккорда выходят 4  сигнала, используемых далее для формирования арпеджио, либо созвучия.
  Переключатель свойств аккорда, построенный на четырех RS-триггерах, задает 4-битное слова, три бита из которого задают свойства аккорда минор/мажор,
септ/трезвучие, тональный/нейтральный, а четвертый бит определяет режим - либо арпеджио, либо постоянно звучащий аккорд.
   Последовательность из 16 таких четырехбитных слов может быть также занесена в ОЗУ-2, чтобы управлять циклом из 16 последовательно звучащих аккордов, либо фрагментов арпеджио параллельно с ОЗУ-1. Свойства аккордов можно изменять также при игре "вживую".
  Воспроизведение циклов арпеджио и последовательности аккордов осуществляется посредством генератора ритма с цепями из счетчиков-делителей частоты.
  С помощью счетчиков и дешифраторов формируются такты различного музыкального размера, определяемого пользователем и последовательности из таких фрагментов различной длины. Они используются для управления различными рисунками арпеджио, записанными в ПЗУ (22 вида арпеджио различных музыкальных размеров).
  ПЗУ  состоит из набора мультиплексоров, информационные входы которых распаяны в соответствии с различными ритмическими рисунками. На информационные входы мультиплексоров подаются 3 или 4 тональных сигнала с аккордового формирователя, а адресные входы мультиплексоров управляются цепями с генератора ритма. В итоге на выход мультиплексора поочередно проходит сигнал с информационных входов - от первого до последнего. В триольных режимах число задействованных входов кратно трем. Нужный рисунок арпеджио выбирается подключением к выходу соответствующего мультиплексора.
  Сигнал арпеджио также может быть обработан регистровым формирователем тембра (на блок схеме не показан)- в итоге после него получаются три сигнала с соотношениями частот 1:2:4. При помощи подключенных к ним потенциометров возможно формировать нужный тембрпри звучании арпеджио.
  ОЗУ-1 и ОЗУ-2 позволяют циклически проигрывать в автоматическом режиме запрограммированную пользователем последовательность аккордов или нот из 16 шагов, например, типа Am F C G Am F C E F G Am Am F G Am Am, или любую другую последоательность  из доступных аккордов.

  ПЗУ на мультиплексорах возможно заменить на  ППЗУ, например, типа К556РТ4, либо наборным полем с механическими переключателями, которыми набирается рисунок арпеджиатора.

 На рис. вверху справа приведена принципиальная схема аккордового делителя  - делители частоты можно реализовать и другими способами, отличными от приведенных на данной схеме, например, варианты ниже на этом же рис.
 На рис. внизу справа представлен возможный вид панели управления ЭМИ. Ширина ЭМИ - около 320 мм, потребляемый ток предполагается 0,4-0,8А при напряжении питания 5В.

Следует отметить, что частоты нот аккордов, получаемые данным ЭМИ, слегка отличаются от частот общепринятой равномерно темперированной гаммы, но попадают в правильную интонационную зону (соотнощение частот звучащих нот), поэтому при игре с другими инструментами заметной фальши наблюдаться по идее не дожно.