La idea basica con la que suelen trabajar este tipo de circuitos es convertir la señal analogica a una señal digital que se pueda aplicar a un flip flop CMOS o similar.
Con convertir la señal analogica en digital no me refiero a muetrearla y digitalizarla con un ADC. Simplemente es pasarla por un comparador para que tenga niveles digitales ( como por ejemplo 0 y 5V )
Con el flip-flop esa señal se divide entre 2, con lo que se obtiene una señal cuadrada que esta una octava por debajo de la nota original.
Se incorpora filtros pasobajo para eliminar armonicos que podrian "distorsionar" la conversion a digital de la señal. Por lo que veo tambien se agregan filtros paso bajo a onda cuadrada de salida con el fin de lograr una señal algo mas "musical".
Hay que tomar en cuenta que debido a la sencillez del circuito, este tipo de circuitos tiene importantes limitaciones. Si tocas un acorde ( 2 o mas notas a la vez ) la division entre 2 ya no funciona porque el circuito comparador recibe 2 frecuencias juntas, y la señal que se aplica al divisor entre 2 es entonces relativamente "aleatoria".
En la practica al tocar acordes se obtienen unas distorsiones bastante extrañas.
Ahora viendo el diagrama que has incluido, veo que aparentemente incluye un extractor de envolvente para darle a la señal cuadrada dividida por 2 ( o 4 creo ) la misma variacion de volumen de la señal original.
