Скажем это будет осциллятор, хотя нет, скорее Wavetable семплер
В таком случае, зачем вы писали о синусоиде одной частоты? VCO полностью поменяет тембр исходника. Вам и нужен семплер в чистом виде.
Если просто, то семплы записаны с одной частотой квантования, скажем, 44 кГц, а считываются с другими. Чем дальше по частоте от 44 кГц, тем менее похож тембр "новодела" на тембр исходника, поэтому этих семплов надо сделать хотя бы по паре на октаву. Короче, обычные проблемы семплирования. Всё это уже имеется в готовом виде. Ну, а если есть желание и свободное время, то спаяйте себе Akai S-3000.
Можете, также, поинтересоваться у SSB-радистов про перенос спектра - будет вам в аналоге, но с применением ВЧ-техники. Слышали в эфире, как меняется тон речи при неточной настройке на некоторые любительские станции? Вот это примерно то же самое.
О, вспомнил! Журнал Радио, статья Кетнерса "ВЧ преобразователь сигнала" - это то, что вам нужно. Правда, там второй гетеродин перастраиваемый, а значит, нестабильный. Ну, поставите синтезатор частот,
digilab_2 уже посоветовал соответствующие чипы. Я паял эту штуку - работало. Проблема была та же - чем дальше по частоте от исходника, тем более "буратинский" тембр получался.
http://ideyka.narod.ru/TEMA/radio/rf/s2/rk-381.html