JP2000165238A - Ｄ／ａ変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小信号時にも、その出力信号に基づいて発音
される音声が聴感上自然であるとともに、回路構造が簡
単なＤ／Ａ変換装置を提供する。 【解決手段】 Ｄ／Ａ変換装置４において、波形発生装
置３により発生されたディジタル信号に基づいてプリエ
ンファシスフィルタ６がディジタル信号を出力し、この
出力されたディジタル信号と、正弦波発生器７が発生さ
せた所定の周波数より高い周波数を有する正弦波を表す
ディジタル信号とを加算器８が加算し、その加算により
生成されたディジタル信号をＤ／Ａ変換器９が変換し、
その変換により生成されたアナログ信号の上記正弦波に
相当するアナログ信号成分を、補間ローパスフィルタ１
０もしくは専用のローパスフィルタが減衰させることに
よりアナログ信号を生成し、さらにこのアナログ信号に
基づいてディエンファシスフィルタ１１がアナログ信号
を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル信号を
アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換装置に関し、詳しく
は小信号時の歪の影響を聴感上減少させるＤ／Ａ変換装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鍵盤から入力された演奏情報
をもとに、楽音を表すディジタル信号を発生させ、この
ディジタル信号をＤ／Ａ変換することによりアナログ信
号を生成し、このアナログ信号に基づいてスピーカなど
により楽音を発音する電子楽器が知られており、このよ
うな電子楽器にはＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａ変換装置が必
要である。このＤ／Ａ変換装置には、一般的に、Ｄ／Ａ
変換を行う基本的な回路としていわゆるＤ／Ａ変換器が
含まれる。このＤ／Ａ変換器は、Ｄ／Ａ変換を行う際、
歪みのあるアナログ信号を発生させるという性質を持
つ。特に小信号時には、アナログ信号の大きさに対して
そのアナログ信号の歪みが大きいので、その信号に基づ
いて発音された楽音は聴感上不自然である。そのため、
可聴周波数帯域内の信号成分における歪みが小さいアナ
ログ信号を生成することが必要となる。

【０００３】このようなアナログ信号を生成するため
に、以下説明するようなＤ／Ａ変換装置が提案されてい
る。このＤ／Ａ変換装置は、上述したＤ／Ａ変換器の入
力部にディジタル加算回路、出力部にアナログ減算回路
が設けられたものであり、そのディジタル加算回路によ
り、入力されたディジタル信号に、ランダムな値を持つ
ディジタル信号であるディザが加算され、Ｄ／Ａ変換器
により、そのディザが加算されたディジタル信号がＤ／
Ａ変換されてアナログ信号が生成され、その後、上記ア
ナログ減算回路により、そのアナログ信号から、Ｄ／Ａ
変換前に加算されたディザに相当する信号成分が減算さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＤ／Ａ
変換装置では、時間的に複雑な変化をする信号であるデ
ィザを発生させる複雑なディジタル回路が必要であり、
また、アナログ信号どうしの減算は、ディジタル信号ど
うしの減算と比較して誤差が生じやすいので、アナログ
減算回路による減算の精度を保つためにはその誤差の発
生を抑える複雑な回路が必要である。このように、上述
のＤ／Ａ変換装置では回路構成が複雑であるという問題
がある。

【０００５】本発明は上記事情に鑑み、小信号時であっ
ても聴感上自然に聴こえるアナログ信号を生成すること
ができる、回路構成が簡単なＤ／Ａ変換装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のＤ／Ａ変換装置は、 （１）所定の動作周期で動作を繰り返し、その動作と同
期して入力されるディジタル信号をアナログ信号に変換
するＤ／Ａ変換器 （２）上記動作周期に対応する動作周波数の２分の１の
周波数よりも低い周波数成分からなる音声を担持する原
ディジタル信号が入力され、その原ディジタル信号に、
その原ディジタル信号が担持する音声の最高周波数成分
以上、かつ、上記動作周波数の２分の１の周波数以下の
周波数帯域内の周波数のディジタル周期信号を加算して
上記Ｄ／Ａ変換器に入力させる加算器を備えたことを特
徴とする。

【０００７】上記本発明のＤ／Ａ変換装置において、上
記（２）の加算器によって、原ディジタル信号にディジ
タル周期信号が加算され、その加算により生成されたデ
ィジタル信号がＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に変
換される。ここで、上記ディジタル周期信号として、可
聴周波数帯域を越えた高周波数の信号を採用することに
より、このディジタル周期信号に相当するアナログ信号
成分は人間には聞こえない音を表す信号成分であり、そ
のディジタル周期信号を加えたことに起因する聴感上の
音声の劣化はない。また、このディジタル周期信号は、
Ｄ／Ａ変換器の動作周波数の２分の１以下よりも低い周
波数の信号であるため、可聴周波数帯域内には原ディジ
タル信号にそのディジタル周期信号を加算してＤ／Ａ変
換したことに起因する、折り返しノイズは発生しない。
さらに、このようなディジタル周期信号が加算されるの
で、後に実施形態において説明するように、本発明のＤ
／Ａ変換装置によって生成されたアナログ信号の可聴周
波数帯域内の信号成分における歪みは小さく、そのアナ
ログ信号に基づいて発音される音声は聴感上自然であ
る。

【０００８】また、原ディジタル信号に加算されるディ
ジタル周期信号は簡単な回路によって発生することがで
きる。このため本発明のＤ／Ａ変換装置は回路構成が簡
単である。

【０００９】上記本発明のＤ／Ａ変換装置は、上記
（２）の加算器が、上記原ディジタル信号に、その原デ
ィジタル信号が担持する音声の最高周波数成分以上、か
つ、上記動作周波数の２分の１の周波数以下の周波数帯
域内の周波数を持つ正弦波を表すディジタル信号を加算
するものであることが好ましい。

【００１０】正弦波を示すディジタル信号の生成は極め
て簡単な回路で行うことができ、Ｄ／Ａ変換装置の回路
構成はより一層簡単になる。

【００１１】上記本発明のＤ／Ａ変換装置は、 （３）上記（１）のＤ／Ａ変換器から出力されたアナロ
グ信号から上記原ディジタル信号が担持する音声の最高
周波数成分以下の周波数成分を抽出するローパスフィル
タを備えたものであることが好ましい。

【００１２】上記本発明のＤ／Ａ変換装置において、上
記（３）のローパスフィルタにより、上記（１）のアナ
ログ信号から聴覚上無用な上記（２）のディジタル周期
信号に相当する信号成分を減衰させることができる。こ
の信号成分は、減衰されなくとも問題はないが、必要の
ない成分であるので減衰される方が良い。

【００１３】上記本発明のＤ／Ａ変換装置は、上記
（３）のローパスフィルタが、上記（２）の加算器によ
り生成されたディジタル信号が離散的な信号値を持つこ
とに起因する、上記（１）のＤ／Ａ変換器により生成さ
れるアナログ信号が有する波形の歪みを低減する補間ロ
ーパスフィルタであってもよい。

【００１４】このような補間ローパスフィルタは一般に
Ｄ／Ａ変換装置に備えられているものであり、上記
（３）のローパスフィルタはこの補間ローパスフィルタ
で兼用できる。

【００１５】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態について説
明する。

【００１６】図１は本発明のＤ／Ａ変換装置の一実施形
態を含む電子楽器を示すブロック図である。

【００１７】この電子楽器１は、鍵盤装置２、波形発生
装置３、Ｄ／Ａ変換装置４、スピーカ５を備えている。
演奏者が鍵盤装置２の鍵盤を打鍵することによって、鍵
盤装置２により、楽音の高さ、楽音の強さ、楽音を発生
させるタイミング等を表す演奏情報がつくりだされ、そ
の演奏情報は波形発生装置３に伝えられる。この波形発
生装置３は記憶手段を有しており、その記憶手段に楽音
の波形データを保持している。波形発生装置３は、この
記憶している波形データを用いて、鍵盤装置２から伝え
られた演奏情報に応じた原ディジタル信号を所定のサン
プリング周波数で発生させる。ここで、このサンプリン
グ周波数は、実際に原ディジタル信号がサンプリングに
より生成されるか否かに関わらず、その信号値が定義さ
れる離散的時間を特徴づける周波数を指す。この原ディ
ジタル信号はＤ／Ａ変換装置４によって変換され、この
変換によりアナログ信号が生成され、このアナログ信号
に基づいてスピーカ５により楽音が発音される。

【００１８】次にＤ／Ａ変換装置４について説明する。
このＤ／Ａ変換装置４は、プリエンファシスフィルタ
６、正弦波発生器７、加算器８、Ｄ／Ａ変換器９、補間
ローパスフィルタ１０、ディエンファシスフィルタ１１
から構成されている。

【００１９】波形発生装置３によって発生された原ディ
ジタル信号が、Ｄ／Ａ変換装置４に入力される。原ディ
ジタル信号は楽音を表す信号であり、楽音を表す信号は
一般に高周波数帯域の信号強度が小さい。この原ディジ
タル信号はプリエンファシスフィルタ６に入力され、こ
のプリエンファシスフィルタ６により、原ディジタル信
号の高周波数帯域の信号強度が低周波数帯域の信号強度
程度まで増強され、その増強されたディジタル信号が出
力される。ところで、Ｄ／Ａ変換装置４内で発生する高
周波数帯域のノイズの大きさは、プリエンファシスフィ
ルタ６の有無によらない。このため、このプリエンファ
シスフィルタ６によって信号強度が増強されることによ
り、最終的にＤ／Ａ変換装置４から出力される信号の高
周波数帯域におけるＳ／Ｎ比は増大する。このプリエン
ファシスフィルタ６により出力された信号は、加算器８
に入力される。

【００２０】一方、正弦波発生器７では、十分に振幅の
大きい正弦波を表すディジタル信号が発生され、このデ
ィジタル信号も加算器８に入力される。この正弦波を表
すディジタル信号は、本発明にいうディジタル周期信号
の一例である。ただし、この正弦波の周波数は、可聴周
波数帯域より高く、かつ、上記原ディジタル信号がサン
プリングされたサンプリング周波数の２分の１の周波数
より低い周波数である。このような正弦波を表すディジ
タル信号を発生させる正弦波発生器７は簡単な回路構成
を持つ。

【００２１】この正弦波を表すディジタル信号の信号値
は、この正弦波の周期で周期的に変化し、大きな振幅で
変化する。また、上記プリエンファシスフィルタ６によ
り出力されたディジタル信号の信号値は、その信号が表
す楽音に応じた時間変化を示す。この両信号は、加算器
８によって加算され、この加算によりディジタル加算信
号が生成される。このように生成されたディジタル加算
信号の信号値は、原ディジタル信号が小信号時である場
合にも、時間と共に大きく変化する。

【００２２】このディジタル加算信号がＤ／Ａ変換器９
によりＤ／Ａ変換されて、アナログ信号が生成される。
このアナログ信号の信号値とディジタル加算信号の信号
値との関係、およびこのアナログ信号の信号値と理想的
なＤ／Ａ変換器によって変換されて生成されたアナログ
信号の信号値とのずれと、ディジタル加算信号の信号値
との関係について説明する。

【００２３】図２は、ディジタル加算信号の信号値と、
そのディジタル加算信号がＤ／Ａ変換器９によってＤ／
Ａ変換されることにより生成されたアナログ信号の信号
値との関係の一例を示すグラフである。

【００２４】図２のグラフの横軸はディジタル加算信号
の信号値を表し、縦軸はアナログ信号の信号値を表す。
また、破線２１は、ディジタル加算信号の信号値と、そ
のディジタル加算信号が理想的なＤ／Ａ変換器によって
Ｄ／Ａ変換されることにより生成されるアナログ信号の
信号値との関係を示す。この理想的なＤ／Ａ変換器によ
って生成されたアナログ信号の信号値はディジタル加算
信号の信号値に比例している。

【００２５】白丸２２は、ディジタル加算信号の信号値
と、Ｄ／Ａ変換器９によりＤ／Ａ変換されて生成された
アナログ信号の信号値との関係を表す。この白丸２２は
一般に破線２１に対してずれを持つ。また、このずれ
は、Ｄ／Ａ変換器９の癖によって決まっている固定値で
あり、Ｄ／Ａ変換器９により変換されるディジタル加算
信号の信号値と、Ｄ／Ａ変換器９により生成されるアナ
ログ信号の信号値との関係は、常に、白丸２２が表す関
係となる。つまり、ディジタル加算信号の信号値は時間
と共に変化しているのであるが、例えば、その信号値
が、図２に示す点ｄ１により表される信号値である時、
そのディジタル加算信号がＤ／Ａ変換器９によって変換
されることにより生成されるアナログ信号の信号値は、
常に、丸印２２１で示される信号値となり、矢印ｓ１で
示されるずれが生じる。

【００２６】上述したように、ディジタル加算信号は、
原ディジタル信号と、上述した正弦波を表すディジタル
信号との和である。そのため、小信号時であっても、そ
の正弦波を表すディジタル信号の信号値の大きな時間変
化に伴い、ディジタル加算信号の信号値は、時間と共に
大きく変化する。それに応じて、そのディジタル加算信
号がＤ／Ａ変換器９により変換されて生成されたアナロ
グ信号の信号値も時間と共に大きく変化し、その結果、
その信号値に含まれたずれの値は、時間変化に伴い様々
な値をとることとなる。

【００２７】ここで比較のために、仮に、加算器８によ
り正弦波を表すディジタル信号が加算されない場合を考
える。この場合、小信号時、特に、原ディジタル信号の
信号値が時間と共にほとんどその値を変えないとき、Ｄ
／Ａ変換器９により生成されるアナログ信号の信号値に
含まれるずれの値も時間と共にほとんど変化しない。こ
のような、時間と共にほとんど変化しないずれは、この
アナログ信号の、聴覚上重要な低周波数成分における信
号の歪みに相当する。

【００２８】これに対し、本実施形態では、加算器８に
より、上記正弦波を表すディジタル信号を加算するの
で、大部分の時間で原ディジタル信号の信号値がゼロで
あるときでさえ、Ｄ／Ａ変換器９により生成されるアナ
ログ信号の信号値のずれは、上述したように時間と共に
様々な値に変化する。また、その変化は、そのほとんど
が、上記正弦波の周波数よりも高い周波数の変化であ
る。そのため、このアナログ信号の聴覚上重要な周波数
の信号成分は、ほとんど歪まない。

【００２９】ところで、Ｄ／Ａ変換器９により生成され
るアナログ信号の波形は、ディジタル加算信号の離散的
な信号値に起因する離散的な波形であり、このアナログ
信号の波形には、不必要な階段構造が現れる。この離散
的な波形を滑らかにつなぐいわゆる補間が施されること
が望ましい。

【００３０】このアナログ信号の波形が持つ不必要な階
段構造部分を減少させるため、このアナログ信号は補間
ローパスフィルタ１０に通される。本実施形態では、こ
の補間ローパスフィルタ１０には、可聴周波数帯域外の
高周波数成分を減衰させるものが使用される。この補間
ローパスフィルタ１０を通り出力されたアナログ信号
は、上述したようなディジタル加算信号の離散的な波形
が補間された滑らかな波形を持つ。

【００３１】上述したように、上記正弦波の周波数は可
聴周波数帯域外の周波数であるため、補間ローパスフィ
ルタ１０は、Ｄ／Ａ変換器９により生成されるアナログ
信号の上述したような階段構造部分を減少させるだけで
はなく、このアナログ信号の、上記正弦波に相当する信
号成分も減衰させる。

【００３２】この補間ローパスフィルタ１０により出力
されたアナログ信号が、ディエンファシスフィルタ１１
に通されることによって、このアナログ信号の高周波成
分の信号強度が先のプリエンファシスフィルタ６により
増強された分だけ減衰される。このため、本来の役割と
して意図されたものではないが、このディエンファシス
フィルタ１１は、補間ローパスフィルタ１０により出力
されるアナログ信号の、可聴周波数帯域を越える周波数
成分をさらに減衰させる効果を持つ。ディエンファシス
フィルタ１１により出力されたアナログ信号は、出力信
号としてこのＤ／Ａ変換装置４から出力される。

【００３３】上述したように、スピーカ５から、このＤ
／Ａ変換装置４から出力された出力信号に応じた音声が
発音される。そして、上述したように、アナログ信号の
可聴周波数帯域内の信号成分における歪みは小さいの
で、この出力信号の可聴周波数帯域内の信号における歪
み成分も小さい。このため、スピーカ５により発音され
た音声は聴感上自然な音声として感じられる。

【００３４】なお、上記の実施形態では、加算器８によ
って正弦波を示す信号が加えられるが、本発明にいうデ
ィジタル周期信号は、上述の周波数制限を満たす周期信
号であればよく、正弦波信号に限定されるものではな
い。

【００３５】また、上記の実施形態では、アナログ信号
の正弦波、およびその信号の可聴周波数帯域内の信号に
おける歪み成分を補間ローパスフィルタ１０によって減
衰させたが、上述したように、その信号成分は可聴周波
数帯域外の周波数を持ち、その信号成分に基づいてスピ
ーカ５により発音された音声は人間には聞こえないの
で、その信号成分をそのまま残しても差し障りはない。

【００３６】また、上記の実施形態では、補間ローパス
フィルタ１０を、上述した正弦波を示す信号成分を減衰
させるために兼用したが、本発明のＤ／Ａ変換装置は、
専用のローパスフィルタによって、この正弦波を表すデ
ィジタル信号に相当するアナログ信号成分を減衰させる
ものであってもよい。

【００３７】なお、上記の実施形態では、波形発生装置
３から発生する原ディジタル信号をプリエンファシスフ
ィルタ６に入力しているが、高周波成分が増強された信
号を発生させる波形発生装置を使用することにより、そ
のプリエンファシスフィルタ６を省略してもよい。

【００３８】また、上記の実施形態ではプリエンファシ
スフィルタ６とディエンファシスフィルタ１１を使用し
ているが、これらのプリエンファシスフィルタ６とディ
エンファシスフィルタ１１を使用しなくとも、ノイズが
低減された変換は可能である。

【００３９】また、上記原ディジタル信号の振幅が大き
いときは、加算器８により加算されるディジタル信号の
振幅を小さくし、逆に上記原ディジタル信号の振幅が小
さいときは、加算器８により加算されるディジタル信号
の振幅を大きくするように、原ディジタル信号の振幅に
応じて加算されるディジタル信号の振幅を制御すること
が好ましい。このような加算されるディジタル信号の振
幅の制御により、原ディジタル信号の振幅が大きい場合
に現れる、上記Ｄ／Ａ変換装置４での信号のサチレーシ
ョンが防止されるというメリットがある。Ｄ／Ａ変換器
にはいろいろなタイプのものがあり、上述した信号値の
ずれの様子はそのＤ／Ａ変換器のタイプによって異なる
ので、加算されるディジタル信号の振幅の制御方法もＤ
／Ａ変換器のタイプによって変えることが好ましい。

【００４０】また、上記原ディジタル信号の振幅が大き
い場合には、Ｄ／Ａ変換装置４から出力されるアナログ
信号の、上述した正弦波に相当する高周波成分と、この
アナログ信号の上述した階段構造に相当する高調波成分
とが、スピーカ５により歪むことによって混変調とな
り、うなりの周期のスペクトルを生じやすい。この場合
も原ディジタル信号の振幅に応じて上記正弦波を表すデ
ィジタル信号の振幅を制御することにより、このＤ／Ａ
変換装置４から出力されるアナログ信号の信号値のずれ
を可能な限り小さく抑えながら、上述したうなりの周期
を持つ信号成分の振幅を小さくすることができる。

【００４１】また、上記の実施形態では、Ｄ／Ａ変換装
置４は、楽音を表すディジタル信号をＤ／Ａ変換するた
めに電子楽器に適用されたが、本発明のＤ／Ａ変換装置
は、例えば、Ａ／Ｄ変換器によって楽音を含む一般の音
声信号が変換されることにより発生されたディジタル信
号をＤ／Ａ変換するために、適用されてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小信号時にも、その出力信号に基づいて発音される音声
が聴感上自然であるとともに、回路構造が簡単なＤ／Ａ
変換装置が構成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤ／Ａ変換装置の一実施形態をを含む
電子楽器を示すブロック図である。

【図２】ディジタル加算信号の信号値と、そのディジタ
ル加算信号がＤ／Ａ変換器によってＤ／Ａ変換されるこ
とにより生成されたアナログ信号の信号値との関係の一
例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 電子楽器 ２ 鍵盤装置 ３ 波形発生装置 ４ Ｄ／Ａ変換装置 ５ スピーカ ６ プリエンファシスフィルタ ７ 正弦波発生器 ８ 加算器 ９ Ｄ／Ａ変換器 １０ 補間ローパスフィルタ １１ ディエンファシスフィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の動作周期で動作を繰り返し、該動作
   と同期して入力されるディジタル信号をアナログ信号に
   変換するＤ／Ａ変換器と、 前記動作周期に対応する動作周波数の２分の１の周波数
   よりも低い周波数成分からなる音声を担持する原ディジ
   タル信号が入力され、該原ディジタル信号に、該原ディ
   ジタル信号が担持する音声の最高周波数成分以上、か
   つ、前記動作周波数の２分の１の周波数以下の周波数帯
   域内の周波数のディジタル周期信号を加算して前記Ｄ／
   Ａ変換器に入力させる加算器とを備えたことを特徴とす
   るＤ／Ａ変換装置。
2. 【請求項２】前記加算器が、前記原ディジタル信号に、
   前記原ディジタル信号が担持する音声の最高周波数成分
   以上、かつ、前記動作周波数の２分の１の周波数以下の
   周波数帯域内の周波数を持つ正弦波を表すディジタル信
   号を加算するものであることを特徴とする請求項１記載
   のＤ／Ａ変換装置。
3. 【請求項３】前記Ｄ／Ａ変換器から出力されたアナログ
   信号から前記原ディジタル信号が担持する音声の最高周
   波数成分以下の周波数成分を抽出するローパスフィルタ
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のＤ／Ａ変換装
   置。
4. 【請求項４】前記ローパスフィルタが、前記Ｄ／Ａ変換
   器に入力されるディジタル信号が離散的な信号値を持つ
   ものであることに起因する、前記Ｄ／Ａ変換器から出力
   されたアナログ信号が持つ波形の歪みを低減する補間ロ
   ーパスフィルタであることを特徴とする請求項３記載の
   Ｄ／Ａ変換装置。