JP2001092461A - 波形発生方法、記録媒体、波形発生装置およびプログラムの配布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋸歯状波を発生させてその周波数特性を制御
することによって楽音信号を発生させるアナログシンセ
サイザを、デジタルシンセサイザでシミュレートする。
その際に、楽音信号のフィードバックループを排して安
定性を確保しつつ、多彩な楽音信号の発生を可能とす
る。 【解決手段】 鋸歯状波発生回路４３から出力された鋸
歯状波Ｓ4と、窓関数テーブル５６から出力された窓関
数値Ｓ7とを乗算し、これによって鋸歯状波Ｓ4の高調波
成分を制御して楽音信号Ｓ8として出力する。窓関数値
Ｓ7の実効範囲は、定数Ｍ、定数Ｅm、周波数ナンバｆｎ
の設定に応じて変動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、楽音を発生させる
種々の装置（電子楽器、パーソナルコンピュータ、ゲー
ム機器、カラオケ装置等）における楽音波形の合成に用
いて好適な波形発生方法、記録媒体、波形発生装置およ
びプログラムの配布方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋸歯状波を発生させてその周
波数特性を制御することによって様々な楽音信号を発生
させるアナログシンセサイザが知られている。近年は、
性能やフレキシビリティが高く、周辺機器との親和性も
高いデジタルシンセサイザが主流となっているが、アナ
ログシンセサイザの独特の音色には根強い支持があり、
アナログシンセサイザの機能を忠実にシミュレートでき
るデジタルシンセサイザが望まれている。デジタルシン
セサイザを用いてアナログシンセサイザの機能をシミュ
レートする方式としては、以下のニ方式が代表的なもの
として知られている。

【０００３】(１)フィードバックＦＭ方式（特開平９−
１８５３８０号公報等）。 フィードバックＦＭ方式においては、まず原波形（例え
ば正弦波）が生成され、この原波形がフィードバックル
ープに入力される。そして、このフィードバックループ
における種々の係数を制御することにより、鋸歯状波を
含めて様々な波形を生成することができる。しかし、こ
れら係数の設定状況によっては、フィードバックループ
の動作が不安定になり、あるいは波形の位相がずれる等
の不具合が発生する。

【０００４】(２)帯域制限方式（特開平１０−１９８３
７８号公報等）。 帯域制限方式においては、まず理想的な鋸歯状波（一定
の傾きで徐々に立ち上り、急峻に立下がる波形）が生成
される。次に、この鋸歯状波のエッジ部分（立下がり部
分およびその周辺）においてエッジを鈍らせることによ
って、該鋸歯状波の帯域が制限される。具体的には、こ
のエッジ部分における波形が鈍るような入出力特性（窓
関数という）をルックアップテーブルに予め記憶させ、
上記鋸歯状波のエッジ部分の波形値としてこのルックア
ップテーブルを通した値を用いるとよい。

【０００５】帯域制限方式は楽音信号に対するフィード
バックループを持たないため、フィードバックＦＭ方式
と比較してきわめて安定性が高い。しかし、様々な音色
の波形を得ようとすると、音色の種類に応じてその都度
ルックアップテーブルを用意する必要があり、事実上の
波形のバリエーションが少なくなる。

【０００６】なお、上記特開平特開平１０−１９８３７
８号には、アナログシンセサイザの楽音合成方法として
知られる「ＯＳＣ（オシレータ）シンク方式」をディジ
タルシンセサイザに適用させた例、および、このＯＳＣ
シンク方式に上記帯域制限方式を適用させた例が開示さ
れている。このＯＳＣシンク方式においては、マスター
周波数ｆｍおよびスレーブ周波数ｆｓの２系統の基本波
形（典型的には鋸歯状波）が生成される。そして、スレ
ーブ周波数ｆｓの基本波形のレベルは、マスター周波数
ｆｍの基本波形の周期１／ｆｍ毎に強制的に「０」にリ
セットされる。この結果得られる波形は、ピッチ周波数
がマスター周波数ｆｍ、スペクトル特性構造がスレーブ
周波数ｆｓを有する波形となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、帯
域制限方式はフィードバックＦＭ方式と比較して安定性
に優れるものの、事実上の波形のバリエーションは少な
くなる。この発明は上述した事情に鑑みてなされたもの
であり、安定度が高く、かつ、多彩なバリエーションの
波形を得ることができる波形発生方法、記録媒体、波形
発生装置およびプログラムの配布方法を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の構成にあっては、デジタル処理により所
定の制御波形を発生する制御波形発生過程と、前記制御
波形における立上りまたは立下がり点を含む時間範囲に
おいて前記制御波形を修正することによって帯域制限
し、修正された制御波形を楽音信号として出力する楽音
信号発生過程と、楽音パラメータに対応して、前記時間
範囲を設定する時間範囲設定過程とを有することを特徴
とする。さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求
項１記載の波形発生方法において、前記制御波形の周波
数が高くなるほど前記制御波形の一周期内において前記
時間範囲が占める割合が広くなるように、前記時間範囲
を調節する周波数特性付与過程を有することを特徴とす
る。さらに、請求項３記載の構成にあっては、請求項２
記載の波形発生方法において、前記制御波形は鋸歯状波
であり、前記時間範囲設定過程は該鋸歯状波の立上りま
たは立下がり部分のうち急峻な側に対して前記時間範囲
を設定することを特徴とする。さらに、請求項４記載の
構成にあっては、請求項２記載の波形発生方法におい
て、前記制御波形は台形波であり、前記時間範囲設定過
程は該台形波の立上りおよび立下がり部分に対して前記
時間範囲を設定することを特徴とする。また、請求項５
記載の構成にあっては、請求項１ないし４の何れかに記
載の波形発生方法を実行するプログラムを記録したこと
を特徴とする。また、請求項６記載の構成にあっては、
請求項１ないし４の何れかに記載の波形発生方法を実行
することを特徴とする。また、請求項７記載の構成にあ
っては、請求項１ないし４の何れかに記載の波形発生方
法を実行するプログラムをネットワークを介して配布す
ることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】１．実施形態の構成 次に、本発明の一実施形態の構成を図１を参照し説明す
る。なお、本実施形態は汎用パーソナルコンピュータ２
０によって楽音信号生成装置を実現したものである。パ
ーソナルコンピュータ２０の内部において９はＣＰＵで
あり、後述する制御プログラムによりパーソナルコンピ
ュータ２０内の各部を制御する。

【００１０】１はネットワークインターフェースであ
り、ネットワーク２５との間で各種の情報をやりとりす
る。２はＭＩＤＩインターフェースであり、鍵盤あるい
は音源等のＭＩＤＩ機器に接続され、ＭＩＤＩデータの
やりとりを行う。３は表示器であり、ユーザに対して各
種の情報を表示する。４は入力装置であり、キーボード
およびマウス等から構成され、ユーザの操作に基づいて
ＣＰＵ９に対して各種の操作情報を供給する。

【００１１】１０はＲＯＭであり、パーソナルコンピュ
ータ２０を起動させるためのイニシャルプログラムロー
ダ等が記憶されている。１１はＲＡＭであり、ＣＰＵ９
によって読出しおよび書込み可能になっている。５は波
形インターフェースであり、マイク等を介してアナログ
の楽音信号を収集しこれをＰＣＭ情報に変換してＲＡＭ
１１に記憶させるとともに、ＲＡＭ１１上のＰＣＭ情報
をアナログ信号に変換し、図示せぬサウンドシステムを
介して発音させる。

【００１２】６はハードディスクであり、ＲＡＭ１１に
展開されるオペレーティングシステム、ドライバ、アプ
リケーションプログラム、音源プログラム等が記憶され
る。７はディスクドライブであり、ＣＤ−ＲＯＭ、フロ
ッピーディスク等のリムーバルディスク１２に対してデ
ータの読み書きを行う。８はタイマであり、所定時間毎
にＣＰＵ９に対してタイマ割込みを発生させる。３０は
サーバーであり、ネットワーク２５に対して各種データ
の送受信を行うデータ送受信部３１と、ユーザに提供さ
れるソフトウエアを格納するデータ記憶装置３２とから
構成されている。

【００１３】２．実施形態の動作 ２．１．動作の概要 本実施形態において、パーソナルコンピュータ２０上で
ハードウエアの音源装置の動作をシミュレートするソフ
トウエアが動作する。このソフトウエアを「音源モジュ
ール」と称する。なお、音源モジュールは、リムーバル
ディスク１２あるいはネットワーク２５を介してパーソ
ナルコンピュータ２０にインストゥールされる。

【００１４】音源モジュールは、電子楽器ソフトやゲー
ムソフト等のアプリケーションプログラムによって生成
されたＭＩＤＩデータ、あるいはＭＩＤＩインターフェ
ース２を介して受信したＭＩＤＩデータに基づいて楽音
信号のＰＣＭ情報を生成し、これをＲＡＭ１１上に展開
する。展開された波形データは、波形インターフェース
５のデバイスドライバによって波形インターフェース５
に転送される。

【００１５】上記ＭＩＤＩデータにおいては、パートナ
ンバ、ノートナンバ、ベロシティ等が含まれており、音
源モジュールにおいては、これらのパラメータに基づい
て、ピッチ周波数等の楽音生成用パラメータが生成され
る。そして、音源モジュールにおいては波形生成ルーチ
ンが起動され、該楽音生成用パラメータに基づいて実際
の楽音波形が生成される。本実施形態においては、波形
生成ルーチンは複数のものの中から上記パートナンバに
対応するものが選択される。そこで、以下、波形生成ル
ーチンの種類に応じて、これらの動作を詳述する。

【００１６】なお、上記楽音生成用パラメータは使用さ
れる波形生成ルーチンに応じて異なるため、波形生成ル
ーチンの動作とともに説明する。また、波形生成ルーチ
ンのプログラムの内容は、機能ブロック図を用いて説明
する。すなわち、機能ブロック図の説明においては、例
えば「加算器」、「乗算器」のようなハードウエア的な
表現を用いるが、これは実際に専用のハードウエアが設
けられているという意味ではなく、ソフトウエアによっ
て等価なステップが実行されるという意味である。

【００１７】また、各機能ブロック図に用いられる各演
算器等は各々所定の有効桁を有し、これによって演算結
果として出力できる最大値が決定される。ここで、演算
結果がオーバーフローした時の動作によって「モジュロ
型（図中でmoと表記）」および「オーバーフロー検出型
（図中でovと表記）」に分類される。「モジュロ型」に
おいては、演算結果が有効桁をオーバーフローした時
に、有効桁内の数値、すなわち本来的な演算結果を最大
値で除算した値が演算結果として出力される。一方、
「オーバーフロー検出型」においては、演算結果が有効
桁をオーバーフローした時に、上記最大値が演算結果と
して出力される。

【００１８】２．２．第１の波形生成ルーチン 第１の波形生成ルーチンの機能ブロック図を図２に示
す。図において４１はモジュロ型の加算器、４２は記憶
素子であり、両者によって鋸歯状波発生回路４３が構成
されている。鋸歯状波発生回路４３に、ピッチ周波数に
対応するパラメータである周波数ナンバｆｎ（但し、−
１≦ｆｎ≦＋１）が供給されると、該周波数ナンバｆｎ
に応じた周期の鋸歯状波Ｓ4（図３(d)参照）が出力され
る。なお、鋸歯状波Ｓ4等の信号に対して、最大値を
「＋１」、最小値を「−１」と表現する。

【００１９】４４は絶対値テーブルであり、周波数ナン
バｆｎの絶対値｜ｆｎ｜を出力する。４５は逆数テーブ
ルであり、「Ｒ／｜ｆｎ｜」（但し、Ｒは定数）となる
信号Ｓ1を出力する。但し、逆数テーブル４５はオーバ
ーフロー検出型であり、信号Ｓ1は、「Ｒ／｜ｆｎ｜」
の算出結果が「＋１」を超える場合は、「＋１」に固定
される。ここで、絶対値｜ｆｎ｜に対する信号Ｓ1の値
を図３(a)に示す。図示のように、絶対値｜ｆｎ｜が定
数Ｒ以下である場合に信号Ｓ1は常に「＋１」になる。
従って、定数Ｒは、「信号Ｓ1として逆数が得られる最
低周波数」に等しくなる。

【００２０】次に、４６は減算器であり、信号Ｓ1から
定数Ｌを減算する。４７は半波整流器であり、減算器４
６の減算結果が「０」未満である場合はこれを「０」に
変更し、その結果を信号Ｓ2（図３(b)参照）として出力
する。ここで、信号Ｓ2が「０」になる絶対値｜ｆｎ｜
の範囲で絶対値｜ｆｎ｜の最小値を「可制御最大周波数
ｆh」という。従って、上記定数Ｌは、可制御最大周波
数ｆhを決定するためのパラメータになる。

【００２１】次に、４８は変換テーブルであり、定数Ｅ
mが入力されると、これに基づいてパラメータｅを出力
する。パラメータｅは、例えば、「ｅ＝２r(E-1)」のよ
うな変換式で求めるとよい。ここでｒは定数であり、パ
ラメータｅが「０≦ｅ≦１」の範囲に収まるように設定
される。パラメータｅは楽音波形の倍音成分を制御する
パラメータであり、「０」の場合は最も倍音成分が少な
く、「１」の場合は最も倍音成分が多くなる。なお、そ
の理由については後述する。

【００２２】次に、４９は乗算器であり、パラメータｅ
と信号Ｓ2を乗算する。５０は減算器であり、この乗算
結果から信号Ｓ2を減算する。５１はオーバーフロー検
出型の加算器であり、信号Ｓ1と減算器５０の出力信号
とを加算し、その結果を信号Ｓ3として出力する。従っ
て、信号Ｓ3は、「Ｓ3＝Ｓ1＋ｅＳ2−Ｓ2」なる式によ
って表現される。ここで、絶対値｜ｆｎ｜が可制御最大
周波数ｆh以上である場合は、信号Ｓ2は「０」であるか
ら、「Ｓ3＝Ｓ1」が成立する。一方、絶対値｜ｆｎ｜が
可制御最大周波数ｆh未満である場合は、「Ｓ2＝Ｓ1−
Ｌ」であるから、「Ｓ3＝ｅＳ2＋Ｌ＝ｅ（Ｓ1−Ｌ）＋
Ｌ＝ｅＳ1＋（１−ｅ）Ｌ」が成立する。

【００２３】換言すれば、絶対値｜ｆｎ｜が可制御最大
周波数ｆh未満である場合は、パラメータｅが「０」の
時は信号Ｓ3は定数Ｌに一致し、パラメータｅが「１」
である場合は信号Ｓ3は信号Ｓ1に一致する。そして、パ
ラメータｅが「０＜ｅ＜１」の範囲においては、図３
(c)に示すように、パラメータｅの値に応じて信号Ｓ3が
決定される。５２はモジュロ型の加算器であり、ここで
鋸歯状波Ｓ4に「−１」が加算され、その結果が鋸歯状
波Ｓ5として出力される。従って、図３(e)に示すよう
に、鋸歯状波Ｓ5は鋸歯状波Ｓ4と同一の波形で位相が１
８０°異なる信号になる。

【００２４】５３は乗算器であり、鋸歯状波Ｓ5と信号
Ｓ3とを乗算する。図３(c)に示したように、信号Ｓ3の
採りうる範囲は「Ｒ≦Ｓ3≦１」であるから、この乗算
結果は鋸歯状波Ｓ5と等しいか、あるいは鋸歯状波Ｓ5を
減衰させた信号になる。次に、５４はオーバーフロー検
出型の乗算器であり、乗算器５３の出力信号に対して定
数Ｍを乗算する。

【００２５】ここで、定数Ｍは「１／Ｓ3」に対して充
分大きくなるように設定されており、乗算器５４の出力
信号は、鋸歯状波Ｓ5を増幅した信号になる。但し、乗
算結果が「＋１」を超えあるいは「−１」未満になる場
合は乗算器５４の出力信号は「＋１」あるいは「−１」
にされるから、乗算器５４の出力信号は台形波になる。

【００２６】次に、５５は絶対値テーブルであり、この
台形波の絶対値を窓信号Ｓ6（図３(f)参照）として出力
する。窓信号Ｓ6は、一周期における波形が左右対称に
なっており、この立上りおよび立下がり部分が、鋸歯状
波Ｓ4の帯域制限を行うための「窓」として用いられ
る。この窓幅は、信号Ｓ3が低くなるほど（従ってパラ
メータｅの値が低くなるほど）広くなる。また、窓幅
は、定数Ｍが大きくなるほど狭くなる。

【００２７】次に、５６は窓関数テーブルであり、窓信
号Ｓ6（但し０≦Ｓ6≦１）が入力されると、窓関数値Ｓ
7（但し０≦Ｓ7≦１）を出力する。この窓関数値Ｓ7
は、窓信号Ｓ6のレベルが低い場合は窓信号Ｓ6に対して
単調増加し、ある窓信号Ｓ6においてピーク値「１」に
達し、そのピーク値以上においては窓信号Ｓ6に対して
緩やかに単調減少する値になる。従って、窓関数値Ｓ7
の波形は、図３(g)に示すように、窓信号Ｓ6のエッジ部
分を丸め、定常部分のレベルをやや下げたような波形に
なる。次に、５７は乗算器であり、鋸歯状波Ｓ4と窓関
数値Ｓ7とを乗算し、その結果を楽音信号Ｓ8として出力
する。

【００２８】楽音信号Ｓ8の波形の例を図３(h)に示す。
同図に示すように本波形生成ルーチンによれば、窓関数
テーブル５６としては同一のものを用いながらパラメー
タｅによって窓関数の幅を変化させることにより、楽音
信号Ｓ8の高調波成分を様々に変化させることができ
る。しかも、楽音信号Ｓ8に対してフィードバックを施
す必要が無いから、きわめて安定した波形を得ることが
できる。

【００２９】２．３．第２の波形生成ルーチン 次に、第２の波形生成ルーチンの要部の機能ブロック図
を図４に示す。なお、第２の波形生成ルーチンは、第１
の波形生成ルーチンに対して逆数テーブル４５から乗算
器５３に至るまでの部分を改変したものであるため、そ
れ以外の部分については図示を省略している。

【００３０】図において６０は最小値出力回路であり、
信号Ｓ1およびパラメータｅのうち小さい方の値を信号
Ｓ31として出力する。この信号Ｓ31は、図２における信
号Ｓ3に代えて乗算器５３に供給される。上記以外の構
成は図２と同様である。なお、パラメータｅの最小値は
定数Ｌ以上になるように設定しておくと好適である。

【００３１】本波形生成ルーチンによれば、周波数ナン
バの絶対値｜ｆｎ｜に対して信号Ｓ31のレベルは図５の
ように設定される。図５の信号Ｓ31と図３(c)の信号Ｓ3
とを比較すると、信号Ｓ31は中音域（Ｒ≦｜ｆｎ｜≦ｆ
hの範囲）において信号Ｓ3よりも高いレベルを有してい
る。すなわち、信号Ｓ31は、信号Ｓ3と比較して、中音
域における窓関数の幅が比較的広くなり、中音域におけ
る倍音成分がより抑制されることになる。

【００３２】２．４．第３の波形生成ルーチン 次に、第３の波形生成ルーチンの要部の機能ブロック図
を図６に示す。この第３の波形生成ルーチンも、第１の
波形生成ルーチンに対して逆数テーブル４５から乗算器
５３に至るまでの部分を改変したものであるため、それ
以外の部分については図示を省略している。

【００３３】図において６１は最小値出力回路であり、
信号Ｓ1および可制御最大周波数ｆhを決定するための定
数Ｌのうち小さい方を信号Ｓ32として出力する（図７
(a)参照）。６２は乗算器であり、信号Ｓ1にパラメータ
ｅを乗算して出力する。６３は最大値出力回路であり、
上記信号Ｓ32および乗算器６２の出力信号のうち大きい
方を信号Ｓ33として出力する。そして、この信号Ｓ33
は、図２における信号Ｓ3に代えて乗算器５３に供給さ
れる。

【００３４】本波形生成ルーチンによれば、周波数ナン
バの絶対値｜ｆｎ｜に対して信号Ｓ33のレベルは図７
(b)のように設定される。図７(b)の信号Ｓ33と図３(c)
の信号Ｓ3とを比較すると、信号Ｓ33は中音域（Ｒ≦｜
ｆｎ｜≦ｆhの範囲）において信号Ｓ3よりも低いレベル
を有している。すなわち、信号Ｓ33は、信号Ｓ3と比較
して、中音域における窓関数の幅が比較的狭くなり、中
音域における倍音成分がより多くなる。

【００３５】２．５．第４の波形生成ルーチン 次に、第４の波形生成ルーチンの要部の機能ブロック図
を図８に示す。この第４の波形生成ルーチンには、上述
した周波数ナンバｆｎに代えて、これを対数表現したロ
グ周波数ナンバｌnが供給される。

【００３６】図において７０は指数テーブルであり、上
記ログ周波数ナンバｌnを周波数ナンバｆｎに変換す
る。なお、指数テーブル７０の出力値は正数に限られる
ため、第１の波形生成ルーチンの絶対値テーブル４４は
設けられていない。鋸歯状波発生回路７３は鋸歯状波発
生回路４３と同様に、加算器７１と記憶素子７２とから
構成され、鋸歯状波Ｓ4を出力する。鋸歯状波Ｓ4は、第
１の波形生成ルーチン（図２）と同様に加算器５２およ
び乗算器５７に供給され、加算器５２からは鋸歯状波Ｓ
5が出力される。

【００３７】７４は減算器であり、上述した可制御最大
周波数ｆhを対数表現したログ可制御最大周波数ｌhから
ログ周波数ナンバｌnを減算する。７５はオーバーフロ
ー検出型の加算器であり、減算器７４の出力信号にパラ
メータＷを加算し、その結果を信号Ｓ11として出力す
る。なお、このパラメータＷは、ログ可制御最大周波数
ｌhにおける窓幅を決定するためのパラメータである。

【００３８】７６，７７は乗算器であり、ログ周波数ナ
ンバｌnおよびログ可制御最大周波数ｌhに対して各々パ
ラメータＥgを乗算して出力する。なお、パラメータＥg
は、楽音波形の倍音成分を制御するためのパラメータで
あり、「−１≦Ｅg≦＋１」の範囲で設定される。７８
は減算器であり、「Ｅg・ｌh−Ｅg・ｌn」を出力する。
７９はオーバーフロー検出型の加算器であり、この減算
結果に上記パラメータＷを加算し、その結果を信号Ｓ12
として出力する。

【００３９】ここで、ログ周波数ナンバｌnに対応する
信号Ｓ11，Ｓ12の例を図９(a)に示す。次に、８０は最
小値出力回路であり、信号Ｓ11，Ｓ12のうち小さい方を
信号Ｓ13として出力する。従って、図９(a)から明らか
なように、ログ周波数ナンバｌnがログ可制御最大周波
数ｌh未満である場合は信号Ｓ12が出力され、それ以外
の場合は信号Ｓ11が出力される。ここで、種々のパラメ
ータＥg対応する信号Ｓ13の値を図９(b)に示しておく。

【００４０】次に、８１は指数テーブルであり、信号Ｓ
31の指数関数である信号Ｓ14を出力する。そして、信号
Ｓ14は、図２における信号Ｓ3に代えて乗算器５３に供
給される。乗算器５３以降の構成は図２と同様である
が、信号Ｓ14は指数演算の結果として得られたものであ
り、必ず正値になるから、図２における絶対値テーブル
５５は省略されている。

【００４１】本波形生成ルーチンによれば、第１〜第３
の波形生成ルーチンと同様に、信号Ｓ14に基づいて窓幅
が決定される。但し、本波形生成ルーチンによれば、パ
ラメータＥgに対して窓幅は指数関数的に変化するた
め、パラメータＥgのリニアな動きに対してより自然な
変化を得ることができる。具体的には、パラメータＷの
指数変換結果をＷSとすると、窓幅のサンプル数は「２
／（ｆh・ＷS・Ｍ）」によって求められる。さらに、ロ
グ周波数ナンバｌnに対しても窓幅は指数関数的に変化
するから、自然なキースケールを実現することができ
る。

【００４２】２．６．第５の波形生成ルーチン 次に、第５の波形生成ルーチンの要部の機能ブロック図
を図１０に示す。この第５の波形生成ルーチンには、上
述した周波数ナンバｆｎに代えて、外部位相入力Ｐxす
なわち鋸歯状波Ｓ4そのものが入力される。これは、例
えば波形インターフェース５を介して入力された鋸歯状
波と同一のピッチを有する楽音波形を生成すべき場合等
に特に有効である。

【００４３】図において９１は記憶素子、９２はモジュ
ロ型の加算器であり、これらによって微分回路９３が構
成されている。微分回路９３は、外部位相入力Ｐxの傾
きを周波数ナンバｆxとして出力する。周波数ナンバｆx
および鋸歯状波Ｓ4の双方が得られた後の動作は第１の
波形生成ルーチンと同様である。

【００４４】２．７．第６の波形生成ルーチン 次に、第６の波形生成ルーチンの機能ブロック図を図１
１に示す。第６の波形生成ルーチンはＯＳＣシンク方式
であり、そのマスター側として外部位相入力Ｐxが用い
られ、スレーブ側として周波数ナンバｆｎが用いられて
いる。そして、マスター側には、上記第５の波形生成ル
ーチンと同様に、記憶素子９１および加算器９２から成
る微分回路９３が設けられ、ここに外部位相入力Ｐxが
供給されると、マスター側の周波数ナンバｆxが出力さ
れる。

【００４５】９４はオーバーフロー検出器であり、加算
器９２におけるオーバーフローを検出すると、リセット
命令を発生する。なお、リセット命令の用途については
後述する。微分回路９３から出力された周波数ナンバｆ
xは、絶対値テーブル４４を介して逆数テーブル４５に
供給され、第１の波形生成ルーチンと同様に信号Ｓ1
（＝Ｒ／｜ｆｎ｜）が出力される。

【００４６】次に、９５は窓幅制御部であり、図１０に
おいて一点鎖線Ａで囲った部分、すなわち構成要素４６
〜５１の部分と同様に構成され、信号Ｓ3（図３(c)参
照）を出力する。そして、乗算器５４、絶対値テーブル
５５および窓関数テーブル５６から成る回路は第１の波
形生成ルーチンと同様に構成され、窓関数テーブル５６
からマスター側の窓関数値Ｓ7が出力される。

【００４７】次に、９６は乗算器であり、鋸歯状波Ｓ5
と「Ｒ／｜ｆｘ｜」との乗算結果を出力する。９７は乗
算器であり、この乗算結果にさらに定数Ｑを乗算する。
９８は絶対値テーブルであり、乗算器９７の出力信号の
絶対値「｜ＱＲＳ5／ｆｘ｜」を出力する。この値は、
オーバーフロー検出器９４からリセット命令が出力され
る際にスレーブ側の回路で使用される値であるため、こ
のリセット命令が出力される際の動作について、図１３
を参照してさらに詳細に説明しておく。

【００４８】図１３(a)は本実施形態におけるサンプリ
ングクロックCLKを示しており、その立上り時刻t0, t1,
t2, ……に同期して波形生成ルーチンの各回路が動作
する。同図(b)および(c)は、時間軸上で拡大した鋸歯状
波Ｓ4，Ｓ5の波形を示す。これらの図において破線の特
性はサンプリング周波数が無限大であると仮定した時の
理想的な波形であり、階段波状の実線の特性は、実際に
サンプリングクロックCLKに同期して得られる波形であ
る。

【００４９】同図(b)において鋸歯状波Ｓ4の理想波形は
時刻t01において立下がるから、本来リセット命令を出
力すべきタイミングもこれと同時刻になる筈である。し
かし、実際にオーバーフローが発生してリセット命令が
出力されるタイミングは、次のサンプリングクロックCL
Kの立上り時刻t2になる。このずれにより、楽音信号の
ピッチが定まらないような不具合が発生する。そこで、
本波形生成ルーチンにおいては、両者のタイミングの差
を「位相補正値Ｔf」として求め、スレーブ側に供給す
ることによりピッチ精度を高めることとした。

【００５０】同図(b)によれば、鋸歯状波Ｓ4の傾きは
「２／Ｔx＝２ｆx」であり、鋸歯状波Ｓ5の傾きもこれ
に等しい。そして、同図(c)によれば、リセット命令が
発生する時刻t2においては、「Ｔf＝Ｓ5／（２ｆx）」
が成立する。また、上述したように絶対値テーブル９８
からは「｜ＱＲＳ5／ｆｘ｜」なる値が出力される。従
って、定数Ｑ，Ｒに対して「ＱＲ＝１／２」の関係を付
与しておくことにより、絶対値テーブル９８の出力値は
上記位相補正値Ｔfに等しくなる。

【００５１】次に、第６の波形生成ルーチンのスレーブ
側の構成を説明する。図において周波数ナンバｆｎは、
マスター側の周波数ナンバｆxの数倍程度に設定され
る。１０５はスイッチであり、常時は“０”側に接続さ
れ、オーバーフロー検出器９４からリセット命令が発生
したサンプリング期間のみ“１”側に接続される。１０
３は加算器、１０４は記憶素子であり、スイッチ１０５
が“０”側に接続されている限り、第１の波形生成ルー
チンにおける加算器４１および記憶素子４２と同様に鋸
歯状波発生回路を構成する。すなわち、スイッチ１０５
が“０”側に接続されている限り、スイッチ１０５から
は、マスター側の鋸歯状波Ｓ4の数倍程度の周波数を有
する鋸歯状波Ｓ15が出力されることになる。

【００５２】次に、第６の波形生成ルーチンのスレーブ
側の構成を説明する。図において周波数ナンバｆｎは、
マスター側の周波数ナンバｆxの数倍程度に設定され
る。１０５はスイッチであり、常時は“０”側に接続さ
れ、オーバーフロー検出器９４からリセット命令が発生
したサンプリング期間のみ“１”側に接続される。１０
３はモジュロ型の加算器、１０４は記憶素子であり、ス
イッチ１０５が“０”側に接続されている限り、第１の
波形生成ルーチンにおける加算器４１および記憶素子４
２と同様に鋸歯状波発生回路を構成する。すなわち、ス
イッチ１０５が“０”側に接続されている限り、記憶素
子１０４からは、マスター側の鋸歯状波Ｓ4の数倍程度
の周波数を有する鋸歯状波Ｓ15が出力されることにな
る。

【００５３】１０１は乗算器であり、スレーブ側の周波
数ナンバｆｎと上記位相補正値Ｔfとを乗算する。従っ
て、乗算器１０１からは、位相補正値Ｔfに応じた、鋸
歯状波Ｓ15の初期レベルの補正値が出力される。次に、
１０２はモジュロ型の加算器であり、乗算器１０１の乗
算結果と、初期位相パラメータＰiとを加算する。従っ
て、オーバーフロー検出器９４からリセット命令が出力
されると、記憶素子１０４には「Ｐi＋ｆｎ・Ｔf」がセ
ットされ、この値を初期値として鋸歯状波Ｓ15の発生が
続行されることになる。従って、鋸歯状波Ｓ15は、図１
２(c)に示すように、鋸歯状波Ｓ4の立下がりに同期して
上記初期値にリセットされる鋸歯状波になる。

【００５４】次に、絶対値テーブル１０７、逆数テーブ
ル１０８、窓幅制御部１０９，加算器１１０、乗算器１
１１、乗算器１１２、絶対値テーブル１１３および窓関
数テーブル１１４は、各々マスター側における構成要素
４４，４５，９５，５２，５３，５４，５５，５６と同
様に構成され、鋸歯状波Ｓ15の立下がりに同期して立下
がる窓関数値Ｓ16（図１２(d)参照）を出力する。１１
５，１１６は乗算器であり、鋸歯状波Ｓ15に対して窓関
数値Ｓ16およびＳ7を順次乗算し、楽音信号Ｓ17（図１
２(e)参照）として出力する。

【００５５】なお、マスター側の窓関数値Ｓ7（リセッ
ト窓）およびスレーブ側の窓関数値Ｓ16（波形窓）の窓
幅は乗算器５４，１１２に供給される定数Ｍm, Ｍsによ
って決定される。図１２(b)〜(e)においては、両窓幅を
共に小とした場合および共に大とした場合の各部の波形
を示す。また、一方の窓幅を大とし、他方の窓幅を小と
した場合の各部の波形を同図(f)〜(i)に示す。

【００５６】２．８．第７の波形生成ルーチン 次に、第７の波形生成ルーチンの機能ブロック図を図１
４に示す。第７の波形生成ルーチンはＯＳＣシンク方式
であり、そのマスター側として外部位相入力Ｐxが用い
られ、スレーブ側として周波数ナンバｆｎが用いられて
いる。そして、マスター側は上記第６の波形生成ルーチ
ンと同様に構成されている。

【００５７】すなわち、窓関数テーブル５６は窓関数値
Ｓ7（リセット窓）を出力し、加算器９２のオーバーフ
ローが検出される毎にオーバーフロー検出器９４はリセ
ット命令を出力し、絶対値テーブル９８は位相補正値Ｔ
fを出力する。なお、窓関数テーブル５６の内容として
は、入力信号ｘ（＝Ｓ6）および出力信号ｙ（＝Ｓ7）に
対して例えば「ｙ＝（1−cos（πｘ））／２」のような
関数が好適であるが、他の関数を用いてもよいことは言
うまでもない。

【００５８】一方、スレーブ側にはフィードバックＦＭ
方式が採用されている。スレーブ側において１２３はモ
ジュロ型の加算器、１２４は記憶素子であり、スイッチ
１２５が“０”側に接続されている限り、周波数ナンバ
ｆｎに応じた周期の鋸歯状波Ｓ15を出力する。また、オ
ーバーフロー検出器９４からリセット命令が出力される
と、スイッチ１２５は“１”側に接続され、位相補正値
Ｔfと周波数ナンバｆｎとの乗算結果が記憶素子１２４
に記憶され、その値を初期値として鋸歯状波Ｓ15の出力
が続行される。

【００５９】１２５はモジュロ型の加算器であり、フィ
ードバック信号Ｓ18と上記鋸歯状波Ｓ15とを加算し、そ
の結果をサインテーブル１２７に供給する。サインテー
ブル１２７は、入力信号ｘ（＝Ｓ15＋Ｓ18）に対して
「ｙ＝−sin(πｘ)」となる出力信号ｙ（＝Ｓ19）を出
力する。

【００６０】１２８はローパスフィルタであり、信号Ｓ
19をフィルタリングして出力する。ローパスフィルタ１
２８のカットオフ周波数はここに供給されるパラメータ
ａによって決定される。なお、パラメータａは、発振が
発生しない程度の値に設定される。１２２は乗算器であ
り、このフィルタリング結果に対して帰還量パラメータ
ｆbを乗算し、その結果を上記フィードバック信号Ｓ18
として出力する。

【００６１】ここで、帰還量パラメータｆbが「０」ま
たはそれに近い値であれば、信号Ｓ19は正弦波状の信号
になる。一方、帰還量パラメータｆbが大きくなるほど
信号Ｓ19は鋸歯状波に近い信号になる（図１５(d)参
照）。１２９は乗算器であり、信号Ｓ19と窓関数値Ｓ7
とを乗算し、その結果を楽音信号Ｓ20（図１５(e)参
照）として出力する。

【００６２】なお、本波形生成ルーチンにおいてはスレ
ーブ側でフィードバックＦＭ方式が採用されたため、パ
ラメータａの設定の仕方等に応じて発振等が発生する可
能性がある。しかし、少なくともリセット時においては
様々な窓関数値Ｓ7を発生することができるから、これ
によって多彩な波形制御を安定して実行することができ
る。

【００６３】２．９．第８の波形生成ルーチン 次に、第８の波形生成ルーチンの機能ブロック図を図１
６に示す。先の第１〜第７の波形生成ルーチンは、鋸歯
状波を発生し、その帯域を制限するために窓関数値を用
いたが、この第８の波形生成ルーチンは、窓関数値自体
を楽音信号として用いようとするものである。

【００６４】図において鋸歯状波発生回路４３は、第１
の波形生成ルーチン（図２参照）と同様に鋸歯状波Ｓ4
を出力する。１３１は絶対値テーブルであり、鋸歯状波
Ｓ4の絶対値を出力する。１３２はオーバーフロー検出
型の加算器であり、上記絶対値から「０．５」を減算
し、その結果を三角波Ｓ21（図１７(b)参照）として出
力する。

【００６５】次に、構成要素４４〜５１の区間は第１の
波形生成ルーチンと同様に構成され、加算器５１から信
号Ｓ3（図３(c)参照）が出力される。乗算器５３におい
ては三角波Ｓ21と信号Ｓ3とが乗算される。さらに、乗
算器５４においては、その乗算結果に対して定数Ｍが乗
算される。この定数Ｍは、充分大きな値に設定されてい
るため、乗算器５４の出力信号Ｓ22は、図１７(c)に示
すような台形波になる。

【００６６】１３３は窓関数テーブルであり、台形波Ｓ
22の全レベル（−１〜＋１）に渡る窓関数が記憶されて
いる。そして、窓関数テーブル１３３に台形波Ｓ22が入
力されると、窓幅すなわち台形波の傾斜部分の幅に応じ
て帯域制限された楽音信号Ｓ23が出力される。その例を
図１７(d)に示す。

【００６７】本波形生成ルーチンにおいては、台形波の
立上りと立下がりの双方において窓関数が施されるた
め、窓関数を完全に読むことができる周波数をｆhとす
ると、「ｆh＝１／Ｎ」となる。ここでＮは窓幅（サン
プル数）であり、「Ｎ＝２／（Ｒ・Ｍ）」によって求め
られる。

【００６８】３．変形例 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、
例えば以下のように種々の変形が可能である。

【００６９】（１）第６の波形生成ルーチンにおいて
は、マスター側の窓関数値Ｓ7（リセット窓）およびス
レーブ側の窓関数値Ｓ16（波形窓）を発生するために個
別の窓関数テーブル５６および窓関数テーブル１１４を
用いた。しかし、絶対値テーブル５５，１１３の出力値
のうち何れか小さい方を選択し、共通の窓関数テーブル
をアクセスするように構成してもよい。その場合、乗算
器１１５，１１６において実行された２回の乗算を１回
で済ませることもできる。

【００７０】（２）上記第１〜第７の波形生成ルーチン
においては、徐々に立上り急峻に立下がる鋸歯状波を制
御波形として用いたが、これに代えて急峻に立上り徐々
に立下がる鋸歯状波を制御波形として用いてもよい。こ
の場合、窓関数は鋸歯状波の立上り部分およびその近傍
に対して施されることは言うまでもない。

【００７１】（３）上記実施形態においては波形生成を
ソフトウエア（波形生成ルーチン）によって実現した
が、パーソナルコンピュータ２０あるいは電子楽器に装
着されるハードウエアによって同等の機能を実現しても
よい。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、制御
波形を修正する時間範囲を楽音パラメータに対応して設
定できるから、安定度が高く、かつ、多彩なバリエーシ
ョンの波形を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態のハードウエアのブロッ
ク図である。

【図２】 上記実施形態における第１の波形生成ルーチ
ンの機能ブロック図である。

【図３】 第１の波形生成ルーチンにおける各部の波形
図である。

【図４】 上記実施形態における第２の波形生成ルーチ
ンの機能ブロック図である。

【図５】 第２の波形生成ルーチンにおける楽音パラメ
ータの特性を示す図である。

【図６】 上記実施形態における第３の波形生成ルーチ
ンの機能ブロック図である。

【図７】 第３の波形生成ルーチンにおける楽音パラメ
ータの特性を示す図である。

【図８】 上記実施形態における第４の波形生成ルーチ
ンの機能ブロック図である。

【図９】 第４の波形生成ルーチンにおける楽音パラメ
ータの特性を示す図である。

【図１０】 上記実施形態における第５の波形生成ルー
チンの機能ブロック図である。

【図１１】 上記実施形態における第６の波形生成ルー
チンの機能ブロック図である。

【図１２】 第６の波形生成ルーチンにおける各部の波
形図である。

【図１３】 第６の波形生成ルーチンにおける要部の波
形図である。

【図１４】 上記実施形態における第７の波形生成ルー
チンの機能ブロック図である。

【図１５】 第７の波形生成ルーチンにおける各部の波
形図である。

【図１６】 上記実施形態における第８の波形生成ルー
チンの機能ブロック図である。

【図１７】 第８の波形生成ルーチンにおける各部の波
形図である。

【符号の説明】

１……ネットワークインターフェース、２……ＭＩＤＩ
インターフェース、３……表示器、４……入力装置、５
……波形インターフェース、６……ハードディスク、７
……ディスクドライブ、８……タイマ、９……ＣＰＵ、
１０……ＲＯＭ、１１……ＲＡＭ、１２……リムーバル
ディスク、２０……パーソナルコンピュータ、２５……
ネットワーク、３０……サーバー、３１……データ送受
信部、３２……データ記憶装置、４１……加算器、４２
……記憶素子、４３……鋸歯状波発生回路（制御波形発
生過程）、４４……絶対値テーブル、４５……逆数テー
ブル（時間範囲設定過程，周波数特性付与過程）、４６
……減算器、４７……半波整流器、４９……乗算器、５
０……減算器、５１，５２……加算器、５３，５４……
乗算器、５５……絶対値テーブル、５６……窓関数テー
ブル、５７……乗算器（楽音信号発生過程）、６１……
最小値出力回路、６２……乗算器、６３……最大値出力
回路、７０……指数テーブル、７１……加算器、７２…
…記憶素子、７３……鋸歯状波発生回路、７４……減算
器、７５……加算器、７６，７７……乗算器、７８……
減算器、８０……最小値出力回路、８１……指数テーブ
ル、９１……記憶素子、９２……加算器、９３……微分
回路、９４……オーバーフロー検出器、９５……窓幅制
御部、９６，９７……乗算器、９８……絶対値テーブ
ル、１０１……乗算器、１０２，１０３……加算器、１
０４……記憶素子、１０５……スイッチ、１０７……絶
対値テーブル、１０８……逆数テーブル、１０９……窓
幅制御部、１１０……加算器、１１１，１１２……乗算
器、１１３……絶対値テーブル、１１４……窓関数テー
ブル、１１５，１１６……乗算器、１２３……加算器、
１２４……記憶素子、１２５……スイッチ、１２７……
サインテーブル、１２８……ローパスフィルタ、１３１
……絶対値テーブル、１３２……加算器、１３３……窓
関数テーブル。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル処理により所定の制御波形を発
   生する制御波形発生過程と、 前記制御波形における立上りまたは立下がり点を含む時
   間範囲において前記制御波形を修正することによって帯
   域制限し、修正された制御波形を楽音信号として出力す
   る楽音信号発生過程と、 楽音パラメータに対応して、前記時間範囲を設定する時
   間範囲設定過程とを有することを特徴とする波形発生方
   法。
2. 【請求項２】 前記制御波形の周波数が高くなるほど前
   記制御波形の一周期内において前記時間範囲が占める割
   合が広くなるように、前記時間範囲を調節する周波数特
   性付与過程を有することを特徴とする請求項１記載の波
   形発生方法。
3. 【請求項３】 前記制御波形は鋸歯状波であり、前記時
   間範囲設定過程は該鋸歯状波の立上りまたは立下がり部
   分のうち急峻な側に対して前記時間範囲を設定すること
   を特徴とする請求項２記載の波形発生方法。
4. 【請求項４】 前記制御波形は台形波であり、前記時間
   範囲設定過程は該台形波の立上りおよび立下がり部分に
   対して前記時間範囲を設定することを特徴とする請求項
   ２記載の波形発生方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかに記載の波形
   発生方法を実行するプログラムを記録したことを特徴と
   する記録媒体。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４の何れかに記載の波形
   発生方法を実行することを特徴とする波形発生装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし４の何れかに記載の波形
   発生方法を実行するプログラムをネットワークを介して
   配布することを特徴とするプログラムの配布方法。