JP2001175264A - 楽音信号合成装置 - Google Patents
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Abstract
形信号を合成できるようにする。 【解決手段】 位相情報発生器11は、発生しようとす
る楽音の音高に対応した周波数で変化する鋸歯状波から
なる位相情報xを演算器12を介して正弦波テーブル1
3に供給し、同テーブル13から出力波形情報yを読み
出す。出力波形情報yは、絶対値変換器14、ローパス
フィルタ15及びゲイン調整器16を介して演算器12
に帰還される。これによれば、正弦波テーブル13から
出力された出力波形情報yは非線形変換されて、同非線
形変換された出力波形情報yが位相情報xに帰還される
ので、位相情報xが複雑に変化することになり、結果と
して、正弦波テーブル13から複雑な波形を表す出力波
形情報yが出力される。
Description
機器、パーソナルコンピュータなどの楽音を発生する各
種機器に適用されて楽音信号を合成する楽音信号合成装
置に関する。
より倍音成分を生成して楽音信号を合成する変調方式に
よる楽音信号合成装置はよく知られている。この場合、
充分な倍音成分を得るために、位相情報を入力して正弦
波形を表す波形情報を出力する正弦波テーブルの出力を
帰還して同テーブルに位相情報の一部として入力するよ
うにしていた。
置にあっては、楽音波形信号として正弦波形から鋸歯状
波的な波形まで変化する波形信号を得ることはできる
が、例えば矩形波的な波形などの複雑な波形信号を得る
ことができず、種々の波形を発生させるという要求に充
分に応えることができなかった。
されたもので、その目的は、簡単な構成で倍音を多く含
んだ複雑な楽音波形信号を合成できる楽音信号合成装置
を提供することにある。
上の特徴は、供給された位相情報に基づいて所定の波形
を表す波形情報を発生する波形発生手段と、波形発生手
段によって発生された波形情報を非線形変換する非線形
変換手段と、発生すべき楽音信号の音高に応じた位相情
報と前記非線形変換された波形情報とを演算して波形発
生手段に位相情報として供給する演算手段と備えたこと
にある。この場合、非線形変換手段は、例えば正負の極
性を有する情報を入力して正負の一方の極性の情報に変
換する極性変換手段で構成される。
た波形情報は非線形変換手段によって非線形変換され
て、同非線形変換された波形情報が発生すべき楽音信号
の音高に応じた位相情報と演算されて波形発生手段に帰
還されるので、最終的に波形発生手段に供給される位相
情報が複雑に変化することになり、結果として、波形発
生手段から複雑な波形を表す波形情報が出力される。
された位相情報に基づいて所定の波形を表す波形情報を
発生する波形発生手段と、波形発生手段に供給される位
相情報を非線形変換する非線形変換手段と、発生すべき
楽音信号の音高に応じた位相情報と前記非線形変換され
た位相情報とを演算して波形発生手段に位相情報として
供給する演算手段と備えたことにある。この場合も、非
線形変換手段は、例えば正負の極性を有する情報を入力
して正負の一方の極性の情報に変換する極性変換手段で
構成される。
位相情報が非線形変換手段によって非線形変換されて、
同非線形変換された位相情報が発生すべき楽音信号の音
高に応じた位相情報に帰還されるので、最終的に波形発
生手段に供給される位相情報が複雑に変化することにな
り、結果として、波形発生手段から複雑な波形を表す波
形情報が出力される。
構成で倍音を多く含んだ複雑な楽音波形信号を合成で
き、種々の波形を発生させるというユーザの要求にも充
分に応えることができる。
すると、図1は同実施形態に係る楽音信号合成装置を機
能ブロック図により示している。
11、演算器12及び正弦波テーブル13を備えてい
る。位相情報発生器11は、発生すべき楽音の音高周波
数に比例した周波数情報FNを入力し、同入力した周波
数情報FNを累算することにより前記音高周波数に比例
した周波数を有して「−1」から「+1」まで鋸歯状波
的に繰り返し変化する位相情報ωtを出力する。演算器
12は、前記位相情報ωtに、正弦波テーブル13から
読み出された波形信号を帰還させてなる帰還情報zを加
算して同テーブル13に読み出しアドレス情報xとして
供給する。正弦波テーブル13は、波形発生手段を構成
するもので、「0」を中心に「−1」から「+1」に渡
って変化する1波分の正弦波形を表す複数のサンプリン
グ値を記憶しており、同サンプリング値は前記アドレス
情報xによって読み出されて出力波形情報yとして出力
される。
還路には、非線形変換手段を構成する絶対値変換器1
4、ローパスフィルタ15及びゲイン調整器16が介装
されている。絶対値変換器14は、出力波形情報yの正
の値をそのまま出力して負の値をその極性を反転して出
力することにより同出力波形情報yを絶対値変換し、同
絶対値変換された変換値|y|として出力する。
成装置の動作を安定させるために、変換値|y|をロー
パスフィルタ処理して出力するもので、同フィルタ15
にはフィルタ特性(主に、カットオフ周波数)を変更制
御するための制御値αが供給されている。この制御値α
は、種々に変更されて外部から与えられるものである。
このローパスフィルタ15としては周知の種々のローパ
スフィルタを利用することができ、例えば図2(A)〜
(D)に示すように、遅延手段DLY、加算手段ADD及
び乗算手段MULの種々の組み合わせにより構成でき
る。なお、遅延手段DLYは、入力情報を1ビット分遅
延して出力するものである。加算手段ADDは入力情報
を加算して出力するものであり、図中の符号「+」,
「−」は加算及び減算をそれぞれ表すものである。乗算
手段MULは、制御入力に供給される制御値α/2,1
−α,α(図中に記入)を入力情報に乗算して出力する
ものである。
理された変換値|y|に帰還量を制御するための制御値
βを乗算して帰還情報zとして演算器12に供給するも
のである。この制御値βは、合成される波形信号の形状
を決定するためのパラメータの一つであり、種々に変更
されて外部から与えられるものである。
る。発生すべき楽音の音高周波数に比例した周波数情報
FNが位相情報発生器11に供給されると、位相情報発
生器11は、前記音高周波数に比例した周波数を有して
「−1」から「+1」まで鋸歯状波的に繰り返し変化す
る位相情報ωtを演算器12の一方の入力に出力する。
演算器12の他方の入力には、正弦波テーブル13から
読み出された波形信号を帰還させてなる帰還情報zが供
給されている。この帰還情報zは、正弦波テーブル13
から読み出された出力波形情報yを絶対値変換器14に
て絶対値変換し、同絶対値変換された変換値|y|をロ
ーパスフィルタ15にてローパスフィルタ処理し、かつ
ローパスフィルタ処理された変換値|y|にゲイン調整
器16にて制御値βを乗算することにより、生成され
る。そして、演算器12は、前記位相情報ωtと帰還情
報zを加算して正弦波テーブル13に対するアドレス情
報xを生成し、正弦波テーブル13から出力波形情報y
が読み出し出力される。
によるローパスフィルタ処理を考慮しないで、制御値β
を「0」、「0.2」、「0.4」にそれぞれ設定した
場合における出力波形情報yにより表された楽音波形信
号の計算例を示している。なお、これらの計算例におい
ては、音高周波数は220Hzに設定するとともに、サ
ンプリング周波数fsは50KHzに設定されている。
これらの図3(A)〜(C)の波形図により、制御値βを大
きくするにしたがって、すなわち帰還ゲイン(制御値
β)を大きくして帰還情報zを大きくするにしたがっ
て、出力される楽音波形信号として矩形波的かつ複雑な
波形信号が得られることが理解できる。
テーブル13から発生された出力波形情報yが絶対値変
換器14により絶対値変換(非線形変換)され、すなわ
ち正負の極性を有する出力波形情報yが正負の一方の極
性の情報に変換され、ローパスフィルタ15及びゲイン
調整器16を介して演算器12に供給され、演算器12
にて位相情報発生器11からの位相情報ωtに帰還され
るので、正弦波テーブル13に供給されるアドレス情報
xが複雑に変化することになり、結果として、正弦波テ
ーブル13から複雑かつ矩形波的に変化する波形を表す
出力波形情報yが出力される。
説明すると、図4は同変形例に係る楽音信号合成装置を
機能ブロック図により示している。
調整器16と演算器12との間にリミッタ21を設けて
いる。このリミッタ21は、制御入力fに供給される値
に応じてゲイン調整器16から供給される帰還情報zの
値を図5に示す特性に制限して出力するものである。リ
ミッタ21の制御入力fには演算器22が接続されてお
り、演算器22は、位相情報発生器11からの位相情報
ωtから、同位相情報ωtを遅延器23にて1ビットだ
け遅延した位相情報を減算して制御入力fに供給する。
演算は位相情報ωtを微分する(位相情報ωtにより表
される波形の傾きを計算する)こと、すなわち発生され
る楽音信号の音高周波数に比例する制御値を導出するこ
とを意味する。したがって、発生される楽音信号の音高
周波数が高くなるにしたがって、演算器12に供給され
る帰還情報zの最大値が小さく制限されることになる。
その結果、この変形例によれば、高い周波数成分が位相
情報ωtに帰還されることが防止され、同高い周波数成
分の帰還による折り返しノイズの発生を良好に防止でき
る。
及び遅延器23を省略して、位相情報発生器11に入力
される周波数情報FNをリミッタ21の制御入力fに供
給して、リミッタ21が周波数情報FNに応じて帰還情
報zの最大値を小さく制限するようにしてもよい。この
場合、図5の特性グラフは、演算器22から周波数情報
FNに合わせて変更される。
すると、図6は同実施形態に係る楽音信号合成装置を機
能ブロック図により示している。
は、上記第1実施形態の非線形変換手段である絶対値変
換器14を演算器31で置換したものである。演算器3
1は、正弦波テーブル13から読み出された出力波形情
報yを2乗して出力するものである。これによっても、
出力波形情報yを非線形変換した(正負の極性を有する
出力波形情報yを正負の一方の極性の情報に変換した)
帰還情報zが演算器12に供給されて、位相情報ωtに
帰還されることになるので、上記第1実施形態と同様な
複雑な楽音波形信号が得られる。
いて、ローパスフィルタ15によるローパスフィルタ処
理を考慮しないで、制御値βを「0」、「0.2」、
「0.4」にそれぞれ設定した場合における出力波形情
報yにより表された楽音波形信号の計算例を示してい
る。なお、これらの計算例においても、音高周波数は2
20Hzに設定されているとともに、サンプリング周波
数fsは50KHzに設定されている。これらの図7
(A)〜(C)の波形図により、制御値βを大きくするにし
たがって、すなわち帰還ゲインを大きくして帰還情報z
を大きくするにしたがって、出力される楽音波形信号と
して複雑かつ矩形波的に変化する波形信号が得られるこ
とが理解できる。
第1実施形態の場合と同様に、図4に示すように、ゲイ
ン調整器16と演算器12との間にリミッタ21を設け
て、帰還情報zの最大値を発生される楽音の音高周波数
に応じて制限するようにしてもよい。
すると、図8は同実施形態に係る楽音信号合成装置を機
能ブロック図により示している。
は、上記第1実施形態に加えて演算器41〜44を設け
たものである。演算器41,42は、正弦波テーブル1
3から読み出された出力波形情報y及び絶対値変換器1
4によって変換された変換値|y|にそれぞれ制御値m
をそれぞれ乗算して出力する。この制御値mも、制御値
βと同様に、合成される波形信号の形状を決定するため
のパラメータの一つであり、種々に変更されて外部から
与えられるものである。演算器43は、演算器41から
の出力値から、正弦波テーブル13から読み出された出
力波形情報yを減算して出力する。演算器44は、演算
器42からの出力値から、演算器43からの出力値を減
算してローパスフィルタ15に供給する。
報yを非線形変換した帰還情報zが演算器12に供給さ
れて、位相情報ωtに帰還されることになるので、上記
第1実施形態と同様に複雑かつ矩形波的に変化する楽音
波形信号が得られる。また、この第3実施形態によれ
ば、絶対値変換された変換値|y|と出力波形情報yと
が制御値mに応じて重み付けられてローパスフィルタ1
5に供給されるので、上記第1実施形態の場合に比べて
出力波形情報yがより多彩に制御される。
いて、ローパスフィルタ15によるローパスフィルタ処
理を考慮しないで、制御値βを「0.3」に固定すると
ともに制御値mを「0」、「0.5」、「1.0」にそ
れぞれ設定した場合における出力波形情報yにより表さ
れた楽音波形信号の計算例を示している。なお、これら
の計算例においては、音高周波数は110Hzに設定さ
れているとともに、サンプリング周波数fsは50KH
zに設定されている。これらの図9(A)〜(C)の波形図
により、制御値mを大きくするにしたがってより複雑か
つ矩形波的に変化する波形信号が得られることが理解で
きる。
第1実施形態の場合と同様に、図4に示すように、ゲイ
ン調整器16と演算器12との間にリミッタ21を設け
て、帰還情報zの最大値を発生される楽音の音高周波数
に応じて制限するようにしてもよい。また、このこの第
3実施形態においても、絶対値変換器14を上記第2実
施形態の演算器31に置換するようにしてもよい。
すると、図10は同実施形態に係る楽音信号合成装置を
機能ブロック図により示している。
態と同様な位相情報発生器11及び演算器12を備えて
いるとともに、演算器12の出力に接続された絶対値変
換器51及び演算器52,53を備えている。絶対値変
換器51は、本発明の波形発生手段に相当するもので、
上記第1実施形態の絶対値変換器14と同様に構成され
ていて、上記第1実施形態の正弦波テーブル13と対比
するならば、すなわち入力位相情報xが「0」を中心に
「−1」から「+1」に渡って変化するものであるなら
ば1波分の三角形を表す複数のサンプリング値を記憶し
ていることに相当する。
予め決められた所定値(例えば、−0.5)を加算する
ことにより、絶対値変換器51の出力を「0」を中心に
正負に変化する信号に変換して出力するものである。演
算器53は、演算器52から供給される信号値に「2」
を乗算すなわち同信号値を上位側に1ビットシフトする
とともに最上位ビットを切り捨てて出力するものであ
る。
第1実施形態と同様な絶対値変換器14、ローパスフィ
ルタ15及びゲイン調整器16に加えて、演算器54〜
56をも介して、絶対値変換器51に位相情報xとして
供給される信号値を非線形変換して演算器12に帰還す
るようにしている。演算器54は、演算器12から供給
される信号値に「2」を乗算すなわち同信号値を上位側
に1ビットシフトするとともに最上位ビットを切り捨て
て出力するものである。演算器55は、演算器12から
供給される信号値に制御値mを乗算して出力するもので
ある。制御値mは、「−1」〜「0」の間で変化して合
成される波形信号の形状を決定するためのパラメータの
一つであり、種々に変更されて外部から与えられるもの
である。演算器56は、絶対値変換器14からの信号値
と演算器55からの信号値とを加算して出力する。
と、発生すべき楽音の音高周波数に比例した周波数情報
FNが位相情報発生器11に供給されると、位相情報発
生器11は、前記音高周波数に比例した周波数を有して
「−1」から「+1」まで鋸歯状波的に繰り返し変化す
る位相情報ωtを演算器12の一方の入力に出力する。
演算器12の他方の入力には、同演算器12の出力を演
算器54,55、絶対値変換器14、演算器56、ロー
パスフィルタ15及びゲイン調整器16により非線形変
換した帰還情報zが帰還されている。
よる非線形変換について説明しておくと、演算器12か
ら演算器54に図11(A)に実線で示すような「−1.
0」から「1.0」に渡って繰り返し変化する鋸歯状波
信号(元の信号)が入力されたとする(実際には帰還に
より鋸歯状波よりも複雑な信号となる)と、演算器54
のビットシフト演算により、入力鋸歯状波信号は図11
(A)に破線で示すように元の信号の2倍の周波数を有す
るとともに、「−1.0」から「1.0」に渡って繰り
返し変化する鋸歯状波信号に変換される。この2倍の周
波数を有する鋸歯状波信号は、絶対値変換器14により
絶対値変換されるので、同変換器14からは、図11
(B)に示すように元の信号の2倍の周波数を有する三角
波信号が出力される。そして、この三角波信号に、演算
器56にて、演算器55により演算器12からの信号を
反転した信号が制御値mに応じた比率で加算され、この
加算された波形信号がローパスフィルタ15及びゲイン
調整器16を介して演算器12に帰還されるので、演算
器12から絶対値変換器51には複雑に変化する波形信
号が位相情報xとして供給されることになる。なお、図
11(A)中の各値は、信号値の正負及びその大きさを
簡単のために5ビットで表して示したものである。
化する位相情報xを絶対値変換して、演算器52に供給
する。演算器52は、この絶対値変換された波形信号を
「0」を中心に正負に変化する信号に変換して演算器5
3に供給し、この変換された信号は演算器53によりビ
ットシフト演算されて出力波形情報yとして出力され
る。
5によるローパスフィルタ処理を考慮しないで、制御値
β,mをそれぞれ「0,0」、「0.4,0」、「0.
4,−0.5」、「0.4,−1」にそれぞれ設定した
場合における出力波形情報yにより表された楽音波形信
号の計算例を示している。なお、これらの計算例におい
ては、音高周波数は220Hzに設定されるとともに、
サンプリング周波数fsは50KHzに設定されてい
る。これらの図12(A)〜(D)の波形図により、制御値
βを大きくするにしたがって、すなわち帰還ゲインを大
きくして帰還情報zを大きくするにしたがって、出力さ
れる楽音波形信号として複雑かつ矩形波的に変化する波
形信号が得られることが理解できる。また、制御値mを
「0」から正負の値に変更すると、非対称に変化する複
雑かつ矩形波的な出力波形情報yが得られることが理解
できる。
手段としての絶対値変換器51に供給される位相情報x
を絶対値変換器14により絶対値変換(非線形変換)
し、すなわち正負の極性を有する位相情報xを正負の一
方の極性の情報に変換し、ローパスフィルタ15及びゲ
イン調整器16を介して演算器12に供給して位相情報
発生器11からの位相情報ωtに帰還するようにして
も、位相情報xの変化によって複雑かつ矩形波的な出力
波形情報yを得ることができる。
第1実施形態の場合と同様に、図4に示すように、ゲイ
ン調整器16と演算器12との間にリミッタ21を設け
て、帰還情報zの最大値を発生される楽音の音高周波数
に応じて制限するようにしてもよい。また、この第4実
施形態においても、絶対値変換器14を上記第2実施形
態の演算器31に置換するようにしてもよい。
機能ブロック図により本発明の各実施形態について説明
したが、同機能ブロック図を専用のハード回路で実現す
るようにしてもよいし、一部に汎用性を持たせたディジ
タル信号処理回路(DSP)などのハード回路で実現す
るようにしてもよいし、プログラム処理などのソフト的
な処理で実現するようにしてもよい。
て所定の波形を表す波形情報を発生する波形発生手段と
して正弦波テーブル13を利用するようにしたが、同テ
ーブルに代えて上記第4実施形態の絶対値変換器(三角
波発生手段)51、又は正弦波と三角波の間のような波
形のサンプル値を記憶した波形メモリを利用するように
してもよい。また、逆に、上記第4実施形態の絶対値変
換器(三角波発生手段)51に代えて、正弦波テーブル
又は正弦波と三角波の間のような波形のサンプル値を記
憶した波形メモリを利用するようにしてもよい。
は、波形発生手段としての正弦波テーブル13又は絶対
値変換器51を発生すべき楽音信号の全ての音高周波数
に対して共通に用いるようにしたが、発生すべき楽音信
号の音高周波数を複数の帯域に分けて、各帯域毎に異な
る波形データを記憶した複数の波形記憶手段を用意して
おいて、発生すべき楽音信号の音高周波数に応じて異な
る波形記憶手段に記憶されている波形データを選択的に
読み出すようにしてもよい。これによれば、不要な高い
周波数成分が位相情報ωtに帰還されることが抑えら
れ、同高い周波数成分の帰還による折り返しノイズの発
生を良好に防止できる。
は、絶対値変換器14として入力信号値を直線的に変化
する絶対値に変換する変換器を用いるようにしたが、直
線的以外の曲線的に絶対値が変化する変換器を用いるよ
うにしてもよい。
は、一系列の楽音信号合成装置のみを示したが、複数系
列の楽音信号合成装置を並列に設けて、異なる系列の楽
音信号合成装置で生成される出力波形情報y又は位相情
報xを位相情報発生器11からの位相情報ωtに帰還さ
せるようにしてもよい。これにより、より複雑な楽音波
形信号の発生が可能となる。
置の機能ブロック図である。
ルタの回路例を示すブロック図である。
それぞれ制御値βを異なる値に設定した場合の出力波形
信号の波形図である。
成装置の機能ブロック図である。
る。
置の機能ブロック図である。
それぞれ制御値βを異なる値に設定した場合の出力波形
信号の波形図である。
置の機能ブロック図である。
それぞれ制御値mを異なる値に設定した場合の出力波形
信号の波形図である。
装置の機能ブロック図である。
を説明するための波形図である。
て、それぞれ制御値β,mを異なる値に設定した場合の
出力波形信号の波形図である。
〜56…演算器、13…正弦波テーブル、14,51…
絶対値変換器、15…ローパスフィルタ、16…ゲイン
調整器、21…リミッタ。
Claims (3)
- 【請求項1】供給された位相情報に基づいて所定の波形
を表す波形情報を発生する波形発生手段と、 前記波形発生手段によって発生された波形情報を非線形
変換する非線形変換手段と、 発生すべき楽音信号の音高に応じた位相情報と前記非線
形変換された波形情報とを演算して前記波形発生手段に
位相情報として供給する演算手段と備えたことを特徴と
する楽音信号合成装置。 - 【請求項2】供給された位相情報に基づいて所定の波形
を表す波形情報を発生する波形発生手段と、 前記波形発生手段に供給される位相情報を非線形変換す
る非線形変換手段と、 発生すべき楽音信号の音高に応じた位相情報と前記非線
形変換された位相情報とを演算して前記波形発生手段に
位相情報として供給する演算手段と備えたことを特徴と
する楽音信号合成装置。 - 【請求項3】前記請求項1又は2に記載の楽音信号合成
装置において、 前記非線形変換手段を、正負の極性を有する情報を入力
して正負の一方の極性の情報に変換する極性変換手段で
構成した楽音信号合成装置。
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