JP2008076439A - Filter device and electronic musical instrument - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a timbre variation equivalent to that of a natural musical instrument. <P>SOLUTION: In the filter device, a filter coefficient calculation circuit 26 has a parameter table. The parameter table stores a plurality of sets of filter coefficients associated with a first parameter based on a frequency and a second parameter based on respective plurality of levels representing a degree of attenuation or enhancement of a gain of a filter in filter characteristics. The filter coefficient calculation circuit 26 extracts a set of filter coefficients from the parameter table 35 with the use of the first parameter and the second parameter determined according to a frequency and a strength of a musical tone signal, and outputs the extracted set of filter coefficients to a filter means 22. A filter circuit 22 performs filter processing for a musical tone signal, based on the filter characteristics determined by the set of filter coefficients. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、フィルタ装置および当該フィルタ装置を搭載した電子楽器に関する。   The present invention relates to a filter device and an electronic musical instrument equipped with the filter device.

自然楽器の音色変化は、基音に対する倍音の振幅比率が変化することによって生ずる。特に、演奏の強弱による音色変化において、強く演奏する(たとえばピアノでは強く打鍵する)ほど高次倍音の振幅比率が大きくなる。その一方、弱く演奏する(ピアノでは弱く打鍵する)ほど高次倍音の振幅比率は小さくなる。   The timbre change of a natural musical instrument is caused by the change in the amplitude ratio of the harmonic overtone. In particular, in the timbre change due to the strength of performance, the amplitude ratio of the higher harmonics increases as the performance is stronger (for example, the key is strongly pressed on a piano). On the other hand, the amplitude ratio of the higher harmonics decreases as the performance is weaker (the key is weaker on the piano).

図12(a)、(b)は、アコースティックピアノの波形を示すグラフであり、図12(a)は、フォルテシモで打鍵したときの波形、図12(b)はメゾピアノで打鍵したときの波形である。図13(a)、(b)は、図12(a)、(b)のそれぞれの波形から算出されたスペクトルを示すグラフである。図13(a)、(b)において、横軸(周波数軸)はリニアであり、縦軸はdBである。これらは、図12(a)、(b)に示す波形の発音開始近傍から4096サンプルを、ブラックマン(Blackmann)の窓関数で切り取ったものに基づいて算出されている。   12 (a) and 12 (b) are graphs showing the waveform of an acoustic piano. FIG. 12 (a) is a waveform when a key is played with fortissimo, and FIG. 12 (b) is a waveform when a key is played with a meso piano. is there. FIGS. 13A and 13B are graphs showing spectra calculated from the waveforms of FIGS. 12A and 12B. 13A and 13B, the horizontal axis (frequency axis) is linear, and the vertical axis is dB. These are calculated based on 4096 samples from the vicinity of the start of sound generation of the waveforms shown in FIGS. 12A and 12B, which are cut out by the Blackmann window function.

図14は、図13(a)、(b)に示すスペクトルから抽出したスペクトラム・エンベロープを示す図である。図14に示すように、スペクトラム・エンベロープは、基本波から高調波に向かってほぼ一定の傾きをもち、かつ、その傾きが、演奏の強さにより一様に変化することがわかる。図14の例では、演奏の強さが強くなるのにしたがって、傾きが大きくなる(つまり0に近づく)。したがって、電子楽器においてフィルタ回路によって、音色を変化させる場合にも、フィルタ回路が、図14に示すようなスペクトラム・エンベロープを持つようなフィルタ特性を持っているのが望ましい。
特開平4−78213号公報
FIG. 14 is a diagram showing a spectrum envelope extracted from the spectra shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). As shown in FIG. 14, it can be seen that the spectrum envelope has a substantially constant slope from the fundamental wave toward the harmonic, and the slope varies uniformly depending on the strength of the performance. In the example of FIG. 14, the inclination increases (that is, approaches 0) as the performance strength increases. Therefore, even when the timbre is changed by the filter circuit in the electronic musical instrument, it is desirable that the filter circuit has a filter characteristic having a spectrum envelope as shown in FIG.
JP-A-4-78213

従来のフィルタの伝達関数を(1)式に示す。   The transfer function of the conventional filter is shown in equation (1).

なお、ω=2πfc/fs (0<ω<1)
ここに、fcはカットオフ周波数、fsはサンプリング周波数、ωはカットオフ角周波数、Qは選択度を表す。
Ω 0 = 2πfc / fs (0 <ω 0 <1)
Here, fc is the cutoff frequency, fs is the sampling frequency, ω 0 is the cutoff angular frequency, and Q is the selectivity.

従来のフィルタ回路においては、フィルタ特性をω(或いはfc)とQとによって変化させるため、フィルタ回路は、パラメータとしてω(或いはfc)およびQを受け入れ、これに基づいて、その特性を変化させるように構成されている。 In the conventional filter circuit, since the filter characteristic is changed by ω 0 (or fc) and Q, the filter circuit accepts ω 0 (or fc) and Q as parameters, and changes the characteristic based on this. It is configured to let you.

図15は、(1)式に示す特性をもつ二次IIRフィルタにおいて、パラメータとしてfcを変更したときのフィルタ特性を示すグラフである。図15においても、横軸(周波数軸)はリニア(0〜10kHz)であり、縦軸はdBである。図15に示すように、fcを変更しても、変更されたフィルタ特性は、図13(a)、(b)、図14に示すような特性とは程遠く、したがって、カットオフ周波数を制御してピアノ音色の変化と同等の変化を実現することが非常に難しいという問題点があった。   FIG. 15 is a graph showing filter characteristics when fc is changed as a parameter in the second-order IIR filter having the characteristics shown in the equation (1). Also in FIG. 15, the horizontal axis (frequency axis) is linear (0 to 10 kHz), and the vertical axis is dB. As shown in FIG. 15, even if fc is changed, the changed filter characteristics are far from the characteristics shown in FIGS. 13 (a), (b) and FIG. 14, and therefore the cutoff frequency is controlled. Therefore, there is a problem that it is very difficult to realize a change equivalent to a change in piano tone.

また、現在、電子楽器においては、PCM方式を採用しているものが多い。このPCM方式においては、楽音の発生時(アタック時)のアタック時波形と、それ以降の繰り返し用の波形の波形データを波形メモリに記憶しておき、アタック時以降には、繰り返し用の波形の波形データを繰り返して読み出すことで、波形メモリの容量を小さくしている。しかしながら、同じ波形を繰り返すだけでは、音色が固定され単調となるため、フィルタ回路によって音色を時間経過にともなって変化させている。特に、アコースティックピアノは、時間経過にともなって高次倍音ほど速く減衰する。このような変化を従来のフィルタ回路において実現することは不可能であった。   Currently, many electronic musical instruments adopt the PCM method. In this PCM method, the waveform at the time of the occurrence of a musical sound (at the time of attack) and the waveform data of the waveform for repetition thereafter are stored in the waveform memory, and after the time of attack, the waveform of the waveform for repetition is stored. By repeatedly reading the waveform data, the capacity of the waveform memory is reduced. However, since the timbre is fixed and monotonous only by repeating the same waveform, the timbre is changed over time by the filter circuit. In particular, an acoustic piano attenuates faster with higher harmonics over time. Such a change cannot be realized in a conventional filter circuit.

たとえば、特許文献1には、カットオフ周波数fcではなく、伝達特性が変化し始める特定の周波数f0とその変化率をパラメータとするフィルタが提案されている。しかしながら、特許文献1に開示されたフィルタを用いても、特に、ピアノ音色の変化と同等の変化を実現することは困難であった。特に、所定の周波数における減衰或いは増強の最大レベルから所定の比率となる周波数(以下、本明細書においては、「遷移周波数」と称する)が、パラメータの変化により移動するという問題点があった。   For example, Patent Document 1 proposes a filter that uses, as parameters, a specific frequency f0 at which the transfer characteristic starts to change, and its rate of change, instead of the cutoff frequency fc. However, even if the filter disclosed in Patent Document 1 is used, it has been particularly difficult to realize a change equivalent to a change in piano timbre. In particular, there is a problem in that a frequency (hereinafter referred to as “transition frequency” in this specification) having a predetermined ratio from the maximum level of attenuation or enhancement at a predetermined frequency moves due to a change in parameters.

本発明は、自然楽器、特に、アコースティックピアノの音色変化と同等の音色変化を実現できるフィルタ装置および電子楽器を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a filter device and an electronic musical instrument that can realize a timbre change equivalent to that of a natural musical instrument, in particular, an acoustic piano.

本発明の目的は、フィルタ係数の組を出力するフィルタ係数出力手段と、外部より供給される、所定の周波数を有する楽音信号に対して、前記フィルタ係数出力手段より出力されたフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施すフィルタ手段と、を備えたフィルタ装置であって、
前記フィルタ係数出力手段が、複数の周波数夫々について、当該周波数に基づく第1のパラメータ、及び、前記フィルタ特性におけるフィルタのゲインの減衰或いは増強の度合いを表わす複数のレベル夫々に基づく第2のパラメータに関連付けられた、前記フィルタ手段におけるフィルタ係数の組を複数種記憶したパラメータテーブルと、前記供給される楽音信号の周波数及び強度に対応して決定される前記第1のパラメータ及び第2のパラメータにより、前記パラメータテーブルから、該当するフィルタ係数の組を取り出して前記フィルタ手段にする出力するフィルタ係数生成手段と、を有することを特徴とするフィルタ装置により達成される。
An object of the present invention is to provide filter coefficient output means for outputting a set of filter coefficients, and a set of filter coefficients output from the filter coefficient output means for a musical sound signal having a predetermined frequency supplied from the outside. Filter means for performing a filtering process based on a specified filter characteristic,
For each of a plurality of frequencies, the filter coefficient output means uses a first parameter based on the frequency and a second parameter based on each of a plurality of levels representing the degree of attenuation or enhancement of the filter gain in the filter characteristics. By the associated parameter table storing a plurality of types of filter coefficient sets in the filter means, and the first parameter and the second parameter determined corresponding to the frequency and intensity of the supplied musical sound signal, This is achieved by a filter device comprising: filter coefficient generation means for extracting a corresponding filter coefficient set from the parameter table and outputting it to the filter means.

好ましい実施態様においては、前記パラメータテーブルは、供給される楽音信号の周波数により規定され、当該周波数の高低に伴って高低し、かつ、そこからフィルタのゲインの減衰或いは増強が開始される基準周波数から、ほぼ一定の傾きをもって減衰或いは増強され、かつ前記傾きが、前記供給される楽音信号の強度が大きくなるのにともなって、大きくなるように変化するフィルタ特性となるように、
予め定められた所定の周波数における、前記基準周波数からのゲインの減衰或いは増強の最大レベルを第2のパラメータとし、かつ、ゲインのレベルが前記最大レベルから所定の比率となるような周波数である遷移周波数を第1のパラメータとして、複数の第1のパラメータのそれぞれについて、第1のパラメータ及び最大レベルが異なる複数の第2のパラメータのそれぞれの組に基づく、フィルタ係数の組を格納する。
In a preferred embodiment, the parameter table is defined by the frequency of the supplied musical sound signal, and rises and falls with the level of the frequency, and from the reference frequency from which attenuation or enhancement of the filter gain is started. The filter characteristic is attenuated or enhanced with a substantially constant inclination, and the inclination changes so as to increase as the intensity of the supplied musical sound signal increases.
Transition at a predetermined frequency with a maximum level of gain attenuation or enhancement from the reference frequency as a second parameter and a frequency at which the gain level is a predetermined ratio from the maximum level For each of a plurality of first parameters, a set of filter coefficients based on the first parameter and each of a plurality of second parameters having different maximum levels is stored with the frequency as the first parameter.

別の好ましい実施態様においては、前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記第2のパラメータを時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有する。   In another preferred embodiment, the filter coefficient generating means further comprises an envelope generating means for changing the second parameter with the passage of time.

より好ましい実施態様においては、前記エンベロープ発生手段は、前記第2のパラメータに対して、その時間の経過に伴って変化する値を加減算する。   In a more preferred embodiment, the envelope generating means adds or subtracts a value that changes over time with respect to the second parameter.

また、別の好ましい実施態様においては、前記パラメータテーブルは、前記第1のパラメータの第1の上位ビット及び第2のパラメータの第2の上位ビットからなる複数ビットのデータを入力として、対応する前記フィルタ係数の組を出力し、前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記フィルタ係数の組に含まれるフィルタ係数のそれぞれについて、前記パラメータテーブルから出力されたフィルタ係数を、前記第1のパラメータの前記第1の上位ビットを除く所定の第1の下位ビット、及び、第2のパラメータの前記第2の上位ビットを除く所定の第2の下位ビットによって補間する補間手段を有する。   In another preferred embodiment, the parameter table receives a plurality of bits of data consisting of a first upper bit of the first parameter and a second upper bit of the second parameter as input, and corresponds to the parameter table. A set of filter coefficients, and the filter coefficient generation means further outputs the filter coefficient output from the parameter table for each of the filter coefficients included in the set of filter coefficients, as the first parameter of the first parameter. Interpolating means for interpolating with predetermined first lower bits excluding the higher-order bits and predetermined second lower-order bits excluding the second higher-order bits of the second parameter.

より好ましい実施態様において、前記補間手段は、前記第1の上位ビットを変化させることにより得られたフィルタ係数、その差分値及び前記第2の下位ビットにより得た第1の補間値と、第2の上位ビットを変化させた上で、前記第1の上位ビットを変化させることにより得られたフィルタ係数、その差分値及び前記第2の下位ビットにより得た第2の補間値と、前記第1の補間値及び第2の補間値の差分値及び前記第1の下位ビットにより得た第3の補間値と、を算出し、前記第3の補間値を補間されたフィルタ係数として出力する。   In a more preferred embodiment, the interpolation means includes a filter coefficient obtained by changing the first upper bit, a difference value thereof, a first interpolation value obtained by the second lower bit, and a second The filter coefficient obtained by changing the first higher order bit, the difference value thereof, the second interpolation value obtained by the second lower order bit, and the first higher order bit, And the third interpolation value obtained from the difference value between the second interpolation value and the second interpolation value and the first lower order bit, and the third interpolation value is output as an interpolated filter coefficient.

別の好ましい実施態様においては、さらに、前記供給される楽音信号の強度に基づいて、前記第2のパラメータを生成する制御手段を備える。   In another preferred embodiment, the apparatus further comprises control means for generating the second parameter based on the intensity of the supplied musical tone signal.

また、本発明の目的は、外部操作により発音すべき楽音の周波数及び強度を指示する発音指示手段と、
前記周波数に基づき第1のパラメータを生成するとともに、前記強度に基づき第2のパラメータを算出する制御手段と、
複数の周波数のそれぞれについて、当該周波数及びフィルタ特性におけるフィルタのゲインの減衰或いは増強の度合いを表わす複数種のレベルに関連付けられたフィルタ係数の組を複数種記憶したパラメータテーブルと、
前記制御手段により算出された第1及び第2のパラメータに基づいて決定される周波数及びレベルに対応するフィルタ係数の組を前記パラメータテーブルから取り出すフィルタ係数生成手段と、
前記楽音生成手段からの楽音信号に対して、このフィルタ係数生成手段からのフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタリング処理を施して出力するフィルタ手段と、
を備えたことを特徴とする電子楽器により達成される。
Further, the object of the present invention is to provide sound generation instruction means for instructing the frequency and intensity of a musical sound to be generated by an external operation,
Control means for generating a first parameter based on the frequency and calculating a second parameter based on the intensity;
A parameter table storing a plurality of sets of filter coefficients associated with a plurality of levels representing the degree of attenuation or enhancement of the gain of the filter in the frequency and filter characteristics for each of the plurality of frequencies;
Filter coefficient generation means for extracting from the parameter table a set of filter coefficients corresponding to the frequency and level determined based on the first and second parameters calculated by the control means;
Filter means for performing a filtering process based on a filter characteristic defined by a set of filter coefficients from the filter coefficient generating means and outputting the musical sound signal from the music sound generating means;
An electronic musical instrument characterized by comprising:

好ましい実施態様においては、前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記第2のパラメータを時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有する。   In a preferred embodiment, the filter coefficient generation means further includes envelope generation means for changing the second parameter with the passage of time.

本発明によれば、自然楽器、特に、アコースティックピアノの音色変化と同等の音色変化を実現できるフィルタ装置および電子楽器を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the filter apparatus and electronic musical instrument which can implement | achieve the timbre change equivalent to the timbre change of a natural musical instrument, especially an acoustic piano.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかる電子楽器の概略を示すブロックダイヤグラムである。図1に示すように、電子楽器は、マイクロコンピュータ1、ROM(Read Only Memory)2、RAM(Random Access Memory)3、スイッチ類4、タッチ検出回路5、鍵盤6、楽音発生回路7、波形ROM8、D/A変換器(DAC)9、増幅回路10およびスピーカ11、12を備えている。マイクロコンピュータ1、ROM2、RAM3および楽音発生回路7は、データバス13に接続され、タッチ検出回路5はマイクロコンピュータ1に接続される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an electronic musical instrument according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the electronic musical instrument includes a microcomputer 1, a ROM (Read Only Memory) 2, a RAM (Random Access Memory) 3, switches 4, a touch detection circuit 5, a keyboard 6, a tone generation circuit 7, and a waveform ROM 8. , A D / A converter (DAC) 9, an amplifier circuit 10, and speakers 11 and 12. The microcomputer 1, the ROM 2, the RAM 3 and the tone generation circuit 7 are connected to the data bus 13, and the touch detection circuit 5 is connected to the microcomputer 1.

マイクロコンピュータ1は、電子楽器全体を制御し、プログラムやデータを格納したROM2から、プログラムやデータを読み出して、プログラムを実行する。プログラムの実行にて生成されるデータなどはワークエリアであるRAM3に記憶される。スイッチ類4は、電子楽器のコンソールパネル上に配置されている。マイクロコンピュータ1は、演奏者によるスイッチ類4の操作を検出する。タッチ検出回路5は、所定のタイミングで鍵盤6に対して走査信号を送出し、各鍵盤6の鍵に配置された2つのスイッチのオンに応答して、演奏操作データ(音高およびタッチレスポンスデータ)を生成して、マイクロコンピュータ1に出力する。本実施の形態において、鍵盤6は88個の鍵を有し、各鍵には、その長手方向に2つのスイッチが配置され、鍵の押下によってまず第1のスイッチがオンされ、さらに、鍵が押下されることにより第2のスイッチがオンされるようになっている。   The microcomputer 1 controls the entire electronic musical instrument, reads the program and data from the ROM 2 storing the program and data, and executes the program. Data generated by executing the program is stored in the RAM 3 which is a work area. The switches 4 are arranged on the console panel of the electronic musical instrument. The microcomputer 1 detects the operation of the switches 4 by the performer. The touch detection circuit 5 sends a scanning signal to the keyboard 6 at a predetermined timing, and in response to turning on the two switches arranged on the keys of each keyboard 6, performance operation data (pitch and touch response data). ) And output to the microcomputer 1. In the present embodiment, the keyboard 6 has 88 keys, and each key is provided with two switches in the longitudinal direction. When the key is pressed, the first switch is first turned on. When pressed, the second switch is turned on.

マイクロコンピュータ1は、スイッチ類4の操作により指定された音色と、および、タッチ検出回路5から出力されたタッチレスポンスデータおよび音高を含む演奏操作データとに基づき、楽音発生回路7を制御して、所定の楽音を発生させる。楽音発生回路7は、波形ROM8から指定された音色の波形データを読み出して、演奏操作データにしたがった音高および音量(ベロシティ)の楽音を生成してDAC9に出力する。DAC9は、楽音発生回路7から出力されたディジタルデータをアナログ信号に変換する。アナログ信号は増幅回路10を介してスピーカ11、12から放音される。   The microcomputer 1 controls the musical tone generation circuit 7 based on the tone color designated by the operation of the switches 4 and the performance operation data including the touch response data and the pitch output from the touch detection circuit 5. A predetermined musical tone is generated. The musical tone generation circuit 7 reads the waveform data of the tone color designated from the waveform ROM 8, generates a musical tone having a pitch and volume (velocity) according to the performance operation data, and outputs it to the DAC 9. The DAC 9 converts the digital data output from the tone generation circuit 7 into an analog signal. The analog signal is emitted from the speakers 11 and 12 via the amplifier circuit 10.

図2は、本実施の形態にかかる楽音発生回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図2に示すように、楽音発生回路7は、インタフェース20、波形発生回路21、フィルタ回路22、乗算回路23、ミキサ24、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26、第2のエンベロープ発生回路27を有している。インタフェース20、波形発生回路21、フィルタ回路22、ミキサ24、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26および第2のエンベロープ発生回路27は、内部バス28に接続される。   FIG. 2 is a block diagram showing the musical tone generating circuit according to the present embodiment in more detail. As shown in FIG. 2, the tone generation circuit 7 includes an interface 20, a waveform generation circuit 21, a filter circuit 22, a multiplication circuit 23, a mixer 24, a first envelope generation circuit 25, a filter coefficient calculation circuit 26, and a second envelope. A generation circuit 27 is provided. The interface 20, waveform generation circuit 21, filter circuit 22, mixer 24, first envelope generation circuit 25, filter coefficient calculation circuit 26 and second envelope generation circuit 27 are connected to the internal bus 28.

インタフェース20は、図1に示すデータバス13と接続され、楽音発生回路7内の、波形発生回路21、フィルタ回路22などの各演算ユニットに、内部バス28を介して設定データなどを書き込む。波形発生回路21は、波形ROM8と接続され、波形ROM8の所定のアドレスから、PCMデータを読み出して、演奏操作データ中の音高に対応する周波数の楽音波形データを生成する。   The interface 20 is connected to the data bus 13 shown in FIG. 1, and writes setting data and the like to each arithmetic unit such as the waveform generation circuit 21 and the filter circuit 22 in the musical tone generation circuit 7 via the internal bus 28. The waveform generation circuit 21 is connected to the waveform ROM 8, reads PCM data from a predetermined address of the waveform ROM 8, and generates musical tone waveform data having a frequency corresponding to the pitch in the performance operation data.

フィルタ係数回路26は、インタフェース20を介してマイクロコンピュータ1から与えられた演奏操作信号に基づくパラメータと、第1のエンベロープ発生回路25から出力され、時間変化する第1のエンベロープ信号とにしたがってフィルタ係数を算出する。第1のエンベロープ信号により、その周波数特性に変化が与えられ、フィルタ係数は時間の経過とともに変化する。フィルタ回路22は、フィルタ係数にしたがって、楽音波形データにフィルタ処理を施す。   The filter coefficient circuit 26 is a filter coefficient according to a parameter based on a performance operation signal given from the microcomputer 1 via the interface 20 and a first envelope signal output from the first envelope generation circuit 25 and time-varying. Is calculated. The frequency characteristic is changed by the first envelope signal, and the filter coefficient changes with time. The filter circuit 22 performs a filter process on the musical sound waveform data according to the filter coefficient.

乗算器23は、楽音波形データと、第2のエンベロープ発生回路27から出力される、時間変化する第2のエンベロープ信号とを乗算する。これにより、鍵盤6の鍵のオン・オフにしたがった楽音の立ち上がり、立下りや、タッチレスポンスデータにしたがった音量を制御する。なお、波形発生回路21、フィルタ回路22、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26、乗算器23および第2のエンベロープ発生回路27は、最大同時発音数の処理を時分割に行うことによって、鍵盤演奏に十分なチャンネル数の楽音を生成することができる。ミキサ24は、生成された最大同時発音数のチャンネルの楽音を、それぞれ、所定の重みで累算して、最終的に、左右2つのチャンネルの楽音として配分する。ミキサ24の出力は、DAC9に出力される。   The multiplier 23 multiplies the musical sound waveform data and the second envelope signal that is output from the second envelope generation circuit 27 and changes with time. Thereby, the rising and falling of the musical sound according to the on / off of the key of the keyboard 6 and the volume according to the touch response data are controlled. Note that the waveform generation circuit 21, the filter circuit 22, the first envelope generation circuit 25, the filter coefficient calculation circuit 26, the multiplier 23, and the second envelope generation circuit 27 perform processing of the maximum simultaneous sound number in a time division manner. Thus, it is possible to generate musical sounds with a sufficient number of channels for keyboard performance. The mixer 24 accumulates the generated musical tones of the maximum number of simultaneous pronunciations with predetermined weights, respectively, and finally distributes the musical tones of the two left and right channels. The output of the mixer 24 is output to the DAC 9.

以下、本発明にかかるフィルタ回路22およびフィルタ係数算出回路26の概略について説明する。図3は、演奏強弱によるアコースティックピアノの音色フィルタを実現するための理想的なフィルタ特性を説明する図である。図3において縦軸はゲイン、横軸はリニアな周波数を表す。   The outline of the filter circuit 22 and the filter coefficient calculation circuit 26 according to the present invention will be described below. FIG. 3 is a diagram for explaining ideal filter characteristics for realizing a timbre filter of an acoustic piano depending on performance strength. In FIG. 3, the vertical axis represents gain, and the horizontal axis represents linear frequency.

図3に示すように、理想的なフィルタ特性においては、図13に示すアコースティックピアノのスペクトラム・エンベロープから類推されるもので、基本波に対する倍音成分が、基本波に基づく一定のポイントからほぼリニアに減衰していくようなものとなっている。また、その傾きは、音量が小さい場合には小さく(つまり右下がりの度合いが大きく:傾きが小さく)、音量が大きくなるにしたがって大きくなる(つまり右下がりの度合いが小さくなり、より水平に近くなる:傾きが大きくなる)。
以下、基本波に基づいてリニアに減衰し或いは増強を始めるポイント(周波数)を基準周波数、サンプリング周波数fsの1/2の周波数における減衰量(dB)をゲイン、ゲインに対して所定の比率となるような周波数(本実施の形態においては、fs/2における減衰量の1/2となるような周波数)を遷移周波数と称する。また、基準周波数からのリニアに減衰し或いは増強する度合いを傾きと称する。傾きは、周波数軸をx軸、減衰量をy軸とする。したがって、負の減衰量が大きくなるほど、周波数特性における傾きは小さくなり、負の減衰量が0に近づくほど、その傾きは大きくなり0に近づく。正の現推量が大きくなるほど、周波数特性における傾きは大きくなる。
As shown in FIG. 3, the ideal filter characteristic is inferred from the spectrum envelope of the acoustic piano shown in FIG. 13, and the harmonic component of the fundamental wave is almost linear from a certain point based on the fundamental wave. It is like decaying. In addition, the inclination is small when the volume is low (that is, the degree of right-down is large: the inclination is small), and increases as the volume increases (that is, the degree of right-down is small and becomes more horizontal). : Increasing the inclination).
In the following, the point (frequency) at which linear attenuation or enhancement starts based on the fundamental wave is the reference frequency, the attenuation (dB) at a frequency half the sampling frequency fs is the gain, and the gain is a predetermined ratio. Such a frequency (in this embodiment, a frequency that is ½ of the attenuation at fs / 2) is referred to as a transition frequency. The degree of linear attenuation or enhancement from the reference frequency is referred to as inclination. For the slope, the frequency axis is the x-axis and the attenuation is the y-axis. Therefore, the larger the negative attenuation amount, the smaller the slope in the frequency characteristic. The closer the negative attenuation amount is to 0, the larger the slope becomes and approaches 0. The greater the positive current guess, the greater the slope in the frequency characteristic.

また、本実施の形態において、基本波が変化することにより基準周波数は変化する。また、基準周波数の変化に伴って遷移周波数も一定の規則で変化する。   In the present embodiment, the reference frequency changes as the fundamental wave changes. In addition, the transition frequency changes according to a certain rule as the reference frequency changes.

本実施の形態においては、後述するように、フィルタ回路は、基本波に基づいて変化する遷移周波数と、フィルタの深さを示すゲインとによって制御される。これによって、アコースティックピアノの実際の音色変化とほぼ同様な、基本波に対する高調波成分の制御を実現する。   In this embodiment, as will be described later, the filter circuit is controlled by a transition frequency that changes based on the fundamental wave and a gain that indicates the depth of the filter. This realizes control of harmonic components with respect to the fundamental wave, which is almost the same as the actual timbre change of an acoustic piano.

なお、本実施の形態においては、高調波成分を減衰させるだけでなく、増強する場合も考えている。これは、波形ROM8のPCMデータからの音色をより広範囲に変化させるためである。このような特性を実現するには、FIR(Finite Impulse Response:有限インパルス応答)フィルタが適する。しかしながら、FIRフィルタは演算量が多く、大規模なハードウェアを要する。そこで、本実施の形態においては、図3に示す理想のフィルタ特性に近似した特性を、低次のIIR(Infinite
Impulse Resonance:無限インパルス応答)フィルタで実現し、フィルタ係数を、理想のフィルタ特性とほぼ同等となるように制御している。
In the present embodiment, it is considered that not only the harmonic components are attenuated but also enhanced. This is to change the timbre from the PCM data of the waveform ROM 8 over a wider range. An FIR (Finite Impulse Response) filter is suitable for realizing such characteristics. However, the FIR filter has a large calculation amount and requires large-scale hardware. Therefore, in the present embodiment, a characteristic approximate to the ideal filter characteristic shown in FIG.
Impulse Resonance (infinite impulse response) filter is used, and the filter coefficient is controlled to be almost equal to the ideal filter characteristics.

上述したようなフィルタ特性を有するフィルタを得るためには、様々な方法が考えられるが、演算量を最小限にするために、一次IIRフィルタでの近似を試み、それを拡張することにより、理想に近い周波数特定を得た。まず、一次IIRフィルタの伝達関数を(2)式と考える。   In order to obtain a filter having the above filter characteristics, various methods are conceivable. In order to minimize the amount of calculation, an approximation with a first-order IIR filter is attempted, and the ideal is obtained by extending the approximation. A frequency specification close to is obtained. First, the transfer function of the first-order IIR filter is considered as equation (2).

(2)式において、最大ゲイン(つまり、サンプリング周波数fsの1/2の周波数での最大ゲインをA)とすると、Aは、(3)式のように表すことができる。 In equation (2), if the maximum gain (that is, the maximum gain at a frequency that is ½ of the sampling frequency fs) is A, A can be expressed as equation (3).

また、遷移周波数f0のときに、最大ゲインの1/2のゲインとなるとすると、(4)式が導き出される。 If the gain is ½ of the maximum gain at the transition frequency f0, the equation (4) is derived.

上記(3)式および(4)式を解くと、係数b、cは(5)式および(6)式に示すようになる。 When the above equations (3) and (4) are solved, the coefficients b and c are as shown in equations (5) and (6).

したがって、(2)式に示す一次IIRフィルタの係数b、cは、最大ゲインAおよび遷移周波数f0とから、(5)式および(6)式に示すように求めることができる。なお、上記(5)式からフィルタ係数には2通りのセットが存在するが、その係数範囲から制御しやすい方を選択すればよい。 Therefore, the coefficients b and c of the first-order IIR filter shown in the equation (2) can be obtained from the maximum gain A and the transition frequency f0 as shown in the equations (5) and (6). Although there are two sets of filter coefficients from the above equation (5), it is only necessary to select one that is easier to control from the coefficient range.

一次IIRフィルタは、その減衰特性が穏やか過ぎる。そこで、本実施の形態においては、遷移周波数の異なる2つの一次フィルタIIRを直列に接続し、二次IIRフィルタとすることにより、より理想フィルタに近似したフィルタ特性を得ている。(7)式は、一次IIRフィルタを直列に接続した二次IIRフィルタの伝達関数を示す図である。   The first-order IIR filter has too slow attenuation characteristics. Therefore, in the present embodiment, two primary filters IIR having different transition frequencies are connected in series to form a secondary IIR filter, thereby obtaining a filter characteristic more approximate to an ideal filter. Equation (7) is a diagram showing a transfer function of a secondary IIR filter in which primary IIR filters are connected in series.

図4は、ある遷移周波数で、ゲインを変更したときの二次IIRフィルタの特性を示す。図4に示す特性は、図3に示す理想的な特性に近似していることが理解できる。なお、本実施の形態においては、二次IIRフィルタにより理想フィルタを近似しているが、フィルタの次数を上げることにより、その特性を、さらに理想フィルタの特性と近似させることが可能である。 FIG. 4 shows the characteristics of the second-order IIR filter when the gain is changed at a certain transition frequency. It can be understood that the characteristics shown in FIG. 4 approximate the ideal characteristics shown in FIG. In the present embodiment, the ideal filter is approximated by a secondary IIR filter. However, by increasing the order of the filter, the characteristic can be further approximated to the characteristic of the ideal filter.

図5は、図4に示すフィルタ特性を実現するための、二次のフィルタ係数を示すグラフである。なお、横軸は負のゲインのレベルを表す。レベル1は、最も負のレベルが大きい(つまり、傾きが最小である)ようなゲインを表し、レベル0は、最も負のレベルが小さい(つまり、傾きが0である)ようなゲインを表す。このように、本実施の形態においては、レベル1〜9のそれぞれにおいて、フィルタ係数b、c、d、eおよびfが決定される。   FIG. 5 is a graph showing second-order filter coefficients for realizing the filter characteristics shown in FIG. The horizontal axis represents the negative gain level. Level 1 represents a gain having the largest negative level (that is, the slope is minimum), and level 0 represents a gain having the smallest negative level (that is, the slope is 0). Thus, in the present embodiment, the filter coefficients b, c, d, e, and f are determined at levels 1 to 9, respectively.

正のゲインに対するフィルタ係数は、上記(7)式の分母と分子を入れ替えることにより算出できる((8)式参照)。   The filter coefficient for the positive gain can be calculated by exchanging the denominator and numerator of the above equation (7) (see equation (8)).

したがって、負のゲインの係数のb〜fをそれぞれ、
b:e/d、c:f/d、d:1/d、e:b/d、f:c/d
と入れ替えることにより、正のゲイン特性のフィルタ係数を得ることができる。
Therefore, the negative gain coefficients b to f are
b: e / d, c: f / d, d: 1 / d, e: b / d, f: c / d
Can be obtained to obtain a filter coefficient having a positive gain characteristic.

本実施の形態においては、このフィルタ係数を演算により算出するのではなく、遷移周波数およびゲインをアドレスとするテーブル(パラメータテーブル)をフィルタ係数算出回路26に設け、テーブルからデータ値を取り出し、さらにそのデータ値を補間することにより、適切なフィルタ係数を算出するようにしている。   In this embodiment, this filter coefficient is not calculated by calculation, but a table (parameter table) with transition frequency and gain as addresses is provided in the filter coefficient calculation circuit 26, and a data value is extracted from the table. An appropriate filter coefficient is calculated by interpolating the data value.

図11は、本実施の形態におけるフィルタ特性およびパラメータテーブルを説明するための図である。図11(a)は、ある基準周波数fに基づく遷移周波数Fのときのフィルタ特性を示す図である。先に述べたように、基本波の周波数にしたがって基準周波数fは決定される。たとえば、基準周波数は基本波とほぼ同じとしても良いし、基本波の所定倍数の周波数としても良い。図11(a)に示すように、単一の遷移周波数Fについて、複数の傾きを有するフィルタ特性が考えられる。図11(a)の例では、負の特性(減衰する特性)として小さい方からゲインのレベルG11、G12、・・・G1i(=減衰「0」)、正の特性として、G1(i+1)、・・・G1(2i−1)が示されている。また、基本波が異なることに伴って、基準周波数がfからf(f<f)に変化した場合を考えると、図11(b)に示すように、基準周波数の変更にともなって、遷移周波数Fは変更される。また、ゲインのレベルG21、G22、・・・、G2i、・・・、G2(2i−1)も変更され得る。 FIG. 11 is a diagram for explaining filter characteristics and a parameter table in the present embodiment. FIG. 11A is a diagram illustrating filter characteristics at the transition frequency F 1 based on a certain reference frequency f 1 . As described above, the reference frequency f 1 is determined according to the frequency of the fundamental wave. For example, the reference frequency may be substantially the same as the fundamental wave, or may be a frequency that is a predetermined multiple of the fundamental wave. As shown in FIG. 11 (a), the single transition frequencies F 1, is considered a filter characteristic having a plurality of tilt. In the example of FIG. 11A, gain levels G 11 , G 12 ,... G 1i (= attenuation “0”) from the smallest negative characteristic (attenuating characteristic), and G 1 as the positive characteristic. (I + 1) ... G1 (2i-1) is shown. Further, considering the case where the reference frequency is changed from f 1 to f 2 (f 1 <f 2 ) as the fundamental wave is different, as shown in FIG. 11B, the reference frequency is changed. Te, the transition frequency F 2 is changed. In addition, gain levels G 21 , G 22 ,..., G 2i ,..., G 2 (2i−1) can also be changed.

たとえば、図11(a)では、単一の遷移周波数Fについて、2i−1個のレベルが存在する。したがって、この例では、遷移周波数Fとあるレベルとの組み合わせについて、1つのフィルタ係数の組(b、c、d、e、f)が存在する。つまり、2i−1個のレベルがあれば、2i−1個のフィルタ係数の組が存在する。図11(b)についても同様である。したがって、遷移周波数がn種類存在すれば、n×(レベルの数(図11の例では、(2i−1))個のフィルタ係数の組が存在しえる。 For example, in FIG. 11 (a), the the single transition frequencies F 1, 2i-1 single level exists. Therefore, in this example, there is one set of filter coefficients (b, c, d, e, f) for a combination of the transition frequency F 1 and a certain level. That is, if there are 2i-1 levels, there are 2i-1 filter coefficient pairs. The same applies to FIG. 11B. Therefore, if there are n types of transition frequencies, there may be a set of n × (number of levels ((2i−1) in the example of FIG. 11)) filter coefficients.

遷移周波数ごとに各ゲインのフィルタ係数のセットを保持すると、膨大な大きさ(遷移周波数の設定数×ゲインの設定数×フィルタ係数の種類(5))のテーブルを用意する必要がある。そこで、遷移周波数の設定数およびゲインの設定数を限定して、これらの組み合わせに応じた一連のフィルタ係数を格納したテーブルのみを用意し、遷移周波数およびゲインの双方について補間(二次元の補間)を実現することで、テーブルのサイズを小さくし、かつ、フィルタ係数の適切化を実現している。   If a set of filter coefficients for each gain is held for each transition frequency, it is necessary to prepare a table of enormous size (number of transition frequency settings × number of gain settings × type of filter coefficient (5)). Therefore, by limiting the number of transition frequency settings and the number of gain settings, prepare only a table that stores a series of filter coefficients according to these combinations, and interpolate both the transition frequency and gain (two-dimensional interpolation). By realizing the above, the size of the table is reduced and the filter coefficient is optimized.

以下、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出回路26およびフィルタ回路22の構成についてより詳細に説明する。   Hereinafter, the configurations of the filter coefficient calculation circuit 26 and the filter circuit 22 according to the present embodiment will be described in more detail.

図6は、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図6に示すように、フィルタ係数算出回路26は、インタフェース31、加算器32〜34、パラメータテーブル35、補間回路36およびレジスタ37〜41を備える。また、図6には示していないが、フィルタ係数算出回路26は、所定のタイミングで、パラメータテーブル35へのアドレス信号のインクリメント信号X1、Y1、および、パラメータテーブル35の選択信号SELを出力する制御回路を有している。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the filter coefficient calculation circuit according to this embodiment. As shown in FIG. 6, the filter coefficient calculation circuit 26 includes an interface 31, adders 32 to 34, a parameter table 35, an interpolation circuit 36, and registers 37 to 41. Although not shown in FIG. 6, the filter coefficient calculation circuit 26 controls to output address signal increment signals X1 and Y1 to the parameter table 35 and the selection signal SEL of the parameter table 35 at a predetermined timing. It has a circuit.

インタフェース31は、楽音発生回路7の内部バス28に接続され、マイクロコンピュータ1からインタフェース20を介して送信される2種類のパラメータ、つまり、遷移周波数データF[15:0]およびゲインデータG[15:0]を受信して保持し、フィルタ算出回路26内に出力する。遷移周波数データFは、上述した遷移周波数に相当し、ゲインデータGが、上記ゲインに相当する。ゲインデータG[15:0]は加算器32に与えられる。加算器32にはもう一方の入力として、第1のエンベロープ発生回路25から経時的に変化する第1のエンベロープ信号が与えられる。したがって、加算器から出力されるゲインデータG[15:0]は、第1のエンベロープ信号に基づいて、その値が時間の経過に伴って変化する。   The interface 31 is connected to the internal bus 28 of the tone generation circuit 7 and is transmitted from the microcomputer 1 via the interface 20, that is, transition frequency data F [15: 0] and gain data G [15 : 0] is received, held, and output to the filter calculation circuit 26. The transition frequency data F corresponds to the transition frequency described above, and the gain data G corresponds to the gain. The gain data G [15: 0] is given to the adder 32. The adder 32 is supplied with the first envelope signal that changes over time from the first envelope generation circuit 25 as the other input. Therefore, the value of the gain data G [15: 0] output from the adder changes with time based on the first envelope signal.

ゲインデータG[15:0]のうちG[15:12]が加算器33に与えられる。また、遷移周波数データF[15:0]のうちF[15:13]が加算器45に与えられる。加算器33、34においては、必要に応じて所定のタイミングでインクリメント信号「1」が加算され、パラメータテーブル35のアドレスとして出力される。加算器33においては、G[15:12]の出力の次のタイミングで、インクリメント信号X1を加算することで、連続するアドレス(G[15:12]+1)を出力することができる。また、加算器34においても、F[15:13]の出力の次のタイミングで、インクリメント信号Y1を加算することで、連続するアドレス(F[15:13]+1)を出力することができる。   Of the gain data G [15: 0], G [15:12] is supplied to the adder 33. Further, F [15:13] of the transition frequency data F [15: 0] is supplied to the adder 45. In the adders 33 and 34, the increment signal “1” is added at a predetermined timing as necessary, and is output as an address of the parameter table 35. The adder 33 can output a continuous address (G [15:12] +1) by adding the increment signal X1 at the timing next to the output of G [15:12]. The adder 34 can also output a continuous address (F [15:13] +1) by adding the increment signal Y1 at the next timing of the output of F [15:13].

パラメータテーブル35の下位アドレスA[4:0]には、加算器33からの信号が与えられ、その次に上位のアドレスA[8:5]には、加算器34からの信号が与えられる。さらに、最上位アドレスA[11:9]には制御回路(図示せず)からの選択信号SELが与えられる。   A signal from the adder 33 is given to the lower address A [4: 0] of the parameter table 35, and a signal from the adder 34 is given to the next higher address A [8: 5]. Further, a selection signal SEL from a control circuit (not shown) is given to the highest address A [11: 9].

本実施の形態において、パラメータテーブル35には、9種類の遷移周波数×17種類のゲイン(8種類のマイナスのゲイン、ゲイン「0」、および、9種類のプラスのゲイン)×5種類のフィルタ係数を記憶する。したがって、パラメータテーブル35は、9×17×5=765ワードのフィルタ数を記憶している。   In the present embodiment, the parameter table 35 includes 9 types of transition frequencies × 17 types of gains (8 types of negative gain, gain “0”, and 9 types of positive gains) × 5 types of filter coefficients. Remember. Therefore, the parameter table 35 stores the number of filters of 9 × 17 × 5 = 765 words.

遷移周波数については、上位3ビット(8種類)の値を下位13ビットで補間するため、9種類のアドレスが用意される。また、ゲインについては、上位4ビット(16種類)の値を、下位12ビットで補完するため、17種類のアドレスが用意される。また選択信号SELは、5種類の係数b〜fの何れかを選択するために使用される。   Regarding the transition frequency, nine types of addresses are prepared in order to interpolate the upper 3 bits (8 types) with the lower 13 bits. As for the gain, 17 kinds of addresses are prepared in order to complement the upper 4 bits (16 kinds) with the lower 12 bits. The selection signal SEL is used to select one of the five types of coefficients b to f.

パラメータテーブル35の出力、つまり補間前のフィルタ係数の組は、補間回路36に与えられる。また、遷移周波数データの下位データF[12:0]およびゲインデータの下位データG[11:0]も補間回路36に与えられる。補間回路36においては、5種類の補間後のフィルタ係数b〜fが算出されて出力される。レジスタ37〜41は、順次出力される補間後のフィルタ係数b〜fをそれぞれ保持する。   The output of the parameter table 35, that is, the set of filter coefficients before interpolation is given to the interpolation circuit 36. Further, the lower-order data F [12: 0] of the transition frequency data and the lower-order data G [11: 0] of the gain data are also supplied to the interpolation circuit 36. In the interpolation circuit 36, five types of post-interpolation filter coefficients b to f are calculated and output. The registers 37 to 41 hold the filter coefficients b to f after interpolation that are sequentially output, respectively.

図7は、本実施の形態にかかる補間回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図7に示すように、補間回路36は、レジスタ51〜54、減算器55、乗算器56、加算器57、レジスタ58、減算器65、乗算器66、加算器67、レジスタ68、減算器70、乗算器71、および、加算器72を有している。   FIG. 7 is a block diagram showing the interpolation circuit according to this embodiment in more detail. As shown in FIG. 7, the interpolation circuit 36 includes registers 51 to 54, a subtractor 55, a multiplier 56, an adder 57, a register 58, a subtractor 65, a multiplier 66, an adder 67, a register 68, and a subtractor 70. , A multiplier 71, and an adder 72.

減算器55により、レジスタ51の出力から、レジスタ51の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、ゲインデータの下位データG[11:0]とが乗算器56において乗算され、乗算値は加算器57に出力される。加算器57は、乗算値と、レジスタ51からの出力とを加算し、加算された値が、レジスタ58に記憶される。   The subtractor 55 calculates a difference value obtained by subtracting the output of the register 51 from the output of the register 51, and the multiplier 56 multiplies the difference value by the lower data G [11: 0] of the gain data. The value is output to the adder 57. The adder 57 adds the multiplication value and the output from the register 51, and the added value is stored in the register 58.

同様に、減算器65により、レジスタ53の出力から、レジスタ54の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、ゲインデータの下位データG[11:0]とが乗算器66において乗算され、乗算値は加算器67に出力される。加算器67は、乗算値と、レジスタ53からの出力とを加算し、加算された値が、レジスタ68に記憶される。   Similarly, the subtracter 65 calculates a difference value obtained by subtracting the output of the register 54 from the output of the register 53, and the multiplier 66 multiplies the difference value by the lower data G [11: 0] of the gain data. The multiplied value is output to the adder 67. The adder 67 adds the multiplication value and the output from the register 53, and the added value is stored in the register 68.

さらに、減算器70において、レジスタ58の出力から、レジスタ68の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、遷移周波数データの下位データF[12:0]とが乗算器71において乗算され、乗算値は加算器72に出力される。加算器72は、乗算値と、レジスタ58からの出力とを加算する。加算器72からの出力が、補間されたフィルタ係数となる。   Further, the subtractor 70 calculates a difference value obtained by subtracting the output of the register 68 from the output of the register 58, and the multiplier 71 multiplies the difference value by the lower-order data F [12: 0] of the transition frequency data. The multiplied value is output to the adder 72. The adder 72 adds the multiplication value and the output from the register 58. The output from the adder 72 becomes the interpolated filter coefficient.

図8は、本実施の形態にかかるフィルタ回路の概略を示すブロックダイヤグラムである。図8に示すように、フィルタ回路22は、加算器80,88、乗算器81、82、85、86、87、および、遅延回路83、84を有する。乗算器81、82、85、86、87のそれぞれに、フィルタ係数算出回路22にて算出されたフィルタ係数b、c、d、e、fが与えられ、乗算器のそれぞれの入力に印加される信号とフィルタ係数とが乗算される。   FIG. 8 is a block diagram showing an outline of the filter circuit according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the filter circuit 22 includes adders 80 and 88, multipliers 81, 82, 85, 86 and 87, and delay circuits 83 and 84. Filter coefficients b, c, d, e, and f calculated by the filter coefficient calculation circuit 22 are given to the multipliers 81, 82, 85, 86, and 87, respectively, and applied to respective inputs of the multipliers. The signal and the filter coefficient are multiplied.

以下、本実施の形態にかかる二次元の補間について説明する。図9は、本実施の形態にかかる二次元補間を説明する図である。説明の便宜のため、x=G[15:12]、dx=G[11:0]、y=F[15:13]、dy=F[12:0]とする。図7のレジスタ51〜54には、以下の値が格納される。   Hereinafter, two-dimensional interpolation according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining the two-dimensional interpolation according to the present embodiment. For convenience of explanation, it is assumed that x = G [15:12], dx = G [11: 0], y = F [15:13], and dy = F [12: 0]. The following values are stored in the registers 51 to 54 of FIG.

レジスタ51:o[x,y](なお、o[x,y]は、アドレスxyでのパラメータテーブル35の出力を表す。)
レジスタ52:o[x+1,y]
レジスタ53:o[x,y+1]
レジスタ54:o[x+1,y+1]
減算器55により、レジスタ52の出力o[x+1,y]からレジスタ51の出力o[x,y]が減算され、かつ、乗算器56により、減算値とdxとが乗算される。その後、加算器57により、乗算値とo[x,y]とが加算されてレジスタ58に格納される。したがって、レジスタ58には以下のような値が格納される。
Register 51: o [x, y] (where o [x, y] represents the output of the parameter table 35 at the address xy)
Register 52: o [x + 1, y]
Register 53: o [x, y + 1]
Register 54: o [x + 1, y + 1]
The subtracter 55 subtracts the output o [x, y] of the register 51 from the output o [x + 1, y] of the register 52, and the multiplier 56 multiplies the subtracted value by dx. Thereafter, the adder 57 adds the multiplication value and o [x, y] and stores them in the register 58. Therefore, the register 58 stores the following values.

レジスタ58:o[x,y]+(o[x+1,y]−o[x,y])*dx
=o[x+dx,y]
図9に示すように、これは、o[x,y]とo[x+1,y]との間をdxに基づいて直線補間したものに相当する。
Register 58: o [x, y] + (o [x + 1, y] −o [x, y]) * dx
= O [x + dx, y]
As shown in FIG. 9, this corresponds to linear interpolation between o [x, y] and o [x + 1, y] based on dx.

また、減算器65により、レジスタ54の出力o[x+1,y+1]からレジスタ53の出力o[x,y+1]が減算され、かつ、乗算器66により、減算値とdxとが乗算される。その後、加算器67により、乗算値とo[x,y+1]とが加算されてレジスタ58に格納される。したがって、レジスタ68には以下のような値が格納される。   The subtracter 65 subtracts the output o [x, y + 1] of the register 53 from the output o [x + 1, y + 1] of the register 54, and the multiplier 66 multiplies the subtracted value by dx. Thereafter, the adder 67 adds the multiplication value and o [x, y + 1] and stores them in the register 58. Therefore, the register 68 stores the following values.

レジスタ68:o[x,y+1]+
(o[x+1,y+1]−o[x,y+1])*dx
=o[x+dx,y+1]
図9に示すように、これは、o[x,y+1]とo[x+1,y+1]との間をdxに基づいて直線補間したものに相当する。
Register 68: o [x, y + 1] +
(O [x + 1, y + 1] −o [x, y + 1]) * dx
= O [x + dx, y + 1]
As shown in FIG. 9, this corresponds to linear interpolation between o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] based on dx.

さらに、減算器70により、レジスタ68の出力o[x+dx,y+1]からレジスタ58の出力o[x+dx,y]が減算され、かつ、乗算器71により、減算値とdyとが乗算される。その後、加算器72により、乗算値とo[x+dx,y]とが加算されて出力される。したがって、出力値は以下のようなものとなる。   Further, the subtracter 70 subtracts the output o [x + dx, y] of the register 58 from the output o [x + dx, y + 1] of the register 68, and the multiplier 71 multiplies the subtracted value by dy. Thereafter, the adder 72 adds the multiplication value and o [x + dx, y] and outputs the result. Therefore, the output value is as follows.

出力値:o[x+dx,y]+
(o[x+dx,y+1]−o[x+dx,y])*dy
=o[x+dx,y+dy]
図9に示すように、出力値は、o[x+dx,y]とo[x+dx,y+1]との間をdyに基づいて補間したものに相当する。したがって、得られた出力値は、dx、dyに基づく二次元の補間値となる。
Output value: o [x + dx, y] +
(O [x + dx, y + 1] −o [x + dx, y]) * dy
= O [x + dx, y + dy]
As shown in FIG. 9, the output value corresponds to an output value interpolated between o [x + dx, y] and o [x + dx, y + 1] based on dy. Therefore, the obtained output value is a two-dimensional interpolation value based on dx and dy.

本実施の形態については、選択信号SELを順次変更して、パラメータテーブル35から、フィルタ係数b、c、d、e、fの補間前の値を出力することで、補間回路36において、b、c、d、e、fの補間値が生成され出力される。   In this embodiment, by sequentially changing the selection signal SEL and outputting the pre-interpolated values of the filter coefficients b, c, d, e, and f from the parameter table 35, the interpolation circuit 36 Interpolated values of c, d, e, and f are generated and output.

図10は、フィルタ係数算出の際のタイミングチャートである。図10において、R0〜R5は、それぞれ、図7のレジスタ51〜54、58、68に対応し、B〜Fは、それぞれ、図6のレジスタ37〜41に相当する。   FIG. 10 is a timing chart for calculating filter coefficients. 10, R0 to R5 correspond to the registers 51 to 54, 58, and 68 in FIG. 7, respectively, and B to F correspond to the registers 37 to 41 in FIG. 6, respectively.

図10において、信号X1より、アドレスA[4:0]が、「x」或いは「x+1」に切り替えられ、また、信号Y1により、アドレスA[8:5]が、「y」或いは「y+1」に切り替えられる。また、選択信号SELにより、アドレスA[9:11]が変更される。最初のY1の一周期(符号1001参照)では、選択信号SELは、「b」を示すものであり、したがって、最初のY1の周期でパラメータテーブル35に与えられる4種類のアドレスによって、フィルタ係数bに関するo[x,y]、o[x+1,y]、o[x,y+1]およびo[x+1,y+1]が出力され、それがR0〜R3に格納される。   In FIG. 10, the address A [4: 0] is switched to “x” or “x + 1” from the signal X1, and the address A [8: 5] is changed to “y” or “y + 1” by the signal Y1. Can be switched to. Further, the address A [9:11] is changed by the selection signal SEL. In one cycle of the first Y1 (see reference numeral 1001), the selection signal SEL indicates “b”. Therefore, the filter coefficient b is determined by four types of addresses given to the parameter table 35 in the cycle of the first Y1. O [x, y], o [x + 1, y], o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] are output and stored in R0 to R3.

R0、R1にそれぞれ格納されたo[x,y]、o[x+1,y]に基づいて、o[x+dx,y]が算出されて、これがR4に格納される。また、R2、R3にそれぞれ格納されたo[x,y+1]およびo[x+1,y+1]に基づいて、o[x+dx,y+1]が算出されて、これがR5に格納される。R4およびR5に格納されたo[x+dx,y]およびo[x+dx,y+1]に基づいて、フィルタ係数bについての補間後の値b[x+dx,y+dy]が算出されて、これがBに格納される。   Based on o [x, y] and o [x + 1, y] stored in R0 and R1, respectively, o [x + dx, y] is calculated and stored in R4. Further, o [x + dx, y + 1] is calculated based on o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] stored in R2 and R3, respectively, and stored in R5. Based on o [x + dx, y] and o [x + dx, y + 1] stored in R4 and R5, an interpolated value b [x + dx, y + dy] for the filter coefficient b is calculated and stored in B. .

同様に、選択信号SELが、「c」、「d」、「e」および「f」を示す場合には、最終的に、フィルタ係数c〜fのそれぞれの補間後の値c[x+dx,y+dy]、d[x+dx,y+dy]、e[x+dx,y+dy]およびf[x+dx,y+dy]が算出されて、算出された値は、それぞれC〜Fに格納される。   Similarly, when the selection signal SEL indicates “c”, “d”, “e”, and “f”, finally, the interpolated values c [x + dx, y + dy] of the filter coefficients c to f are finally obtained. ], D [x + dx, y + dy], e [x + dx, y + dy] and f [x + dx, y + dy] are calculated, and the calculated values are stored in C to F, respectively.

本実施の形態によれば、遷移周波数およびゲインに基づいてフィルタ係数を出力するパラメータテーブルを設け、パラメータテーブルを利用したフィルタ係数によりフィルタ回路を制御している。遷移周波数は発音すべき楽音の基本波の周波数に基づくものであり、かつ、ゲインは、その減衰の程度(または増強の程度)を示す。したがって、直感的な理解が容易なパラメータによって、また、複雑な演算を行うことなく、アコースティック楽器、特に、アコースティックピアノのフィルタ特性にきわめて近似したフィルタ特性を有するディジタルフィルタを実現することが可能となる。   According to this embodiment, the parameter table for outputting the filter coefficient based on the transition frequency and the gain is provided, and the filter circuit is controlled by the filter coefficient using the parameter table. The transition frequency is based on the frequency of the fundamental wave of the musical sound to be generated, and the gain indicates the degree of attenuation (or the degree of enhancement). Therefore, it is possible to realize a digital filter having a filter characteristic very close to the filter characteristic of an acoustic instrument, in particular, an acoustic piano, with parameters that are easy to understand intuitively and without performing complicated calculations. .

また、本実施の形態によれば、第1のエンベロープ発生回路から時間変化するエンベロープデータが出力され、このエンベロープデータは、フィルタ係数算出回路にて、ゲインデータに加算される。したがって、ここでも簡単な回路構成で、フィルタによるゲインの減衰(或いは増強)の時間変化を実現し、所望の音色の変化を実現することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the envelope data that changes with time is output from the first envelope generation circuit, and this envelope data is added to the gain data by the filter coefficient calculation circuit. Therefore, it is possible to realize a change in time of gain attenuation (or enhancement) by a filter and a desired change in tone color with a simple circuit configuration.

さらに、本実施の形態によれば、遷移周波数データの上位ビットおよびゲインデータの上位ビットをアドレスとして、パラメータテーブルが粗いフィルタ係数を出力し、かつ、遷移周波数データの下位ビットおよびゲインデータの下位ビットにより、粗いフィルタ係数を二次元補正して、補正されたフィルタ係数を取得する。これにより、パラメータテーブルが格納するデータ(係数)の数をそれほど大きくすることなく、精度の良い適切なフィルタ係数を得ることが可能となる。   Furthermore, according to the present embodiment, the upper bits of the transition frequency data and the upper bits of the gain data are used as addresses, the parameter table outputs a coarse filter coefficient, and the lower bits of the transition frequency data and the lower bits of the gain data Thus, the coarse filter coefficient is two-dimensionally corrected to obtain the corrected filter coefficient. As a result, it is possible to obtain an appropriate filter coefficient with high accuracy without increasing the number of data (coefficients) stored in the parameter table.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

図1は、本発明の実施の形態にかかる電子楽器の概略を示すブロックダイヤグラムである。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an electronic musical instrument according to an embodiment of the present invention. 図2は、本実施の形態にかかる楽音発生回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。FIG. 2 is a block diagram showing the musical tone generating circuit according to the present embodiment in more detail. 図3は、演奏強弱によるアコースティックピアノの音色フィルタを実現するための理想的なフィルタ特性を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining ideal filter characteristics for realizing a timbre filter of an acoustic piano depending on performance strength. 図4は、ある遷移周波数で、ゲインを変更したときの二次IIRフィルタの特性を示す。FIG. 4 shows the characteristics of the second-order IIR filter when the gain is changed at a certain transition frequency. 図5は、図4に示すフィルタ特性を実現するための、二次のフィルタ係数を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing second-order filter coefficients for realizing the filter characteristics shown in FIG. 図6は、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出回路の構成を示すブロックダイヤグラムであるFIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the filter coefficient calculation circuit according to this embodiment. 図7は、本実施の形態にかかる補間回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。FIG. 7 is a block diagram showing the interpolation circuit according to this embodiment in more detail. 図8は、本実施の形態にかかるフィルタ回路の概略を示すブロックダイヤグラムである。FIG. 8 is a block diagram showing an outline of the filter circuit according to the present embodiment. 図9は、本実施の形態にかかる二次元補間を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the two-dimensional interpolation according to the present embodiment. 図10は、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出の際のタイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart when calculating the filter coefficient according to the present embodiment. 図11は、本実施の形態におけるフィルタ特性およびパラメータテーブルを説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining filter characteristics and a parameter table in the present embodiment. 図12(a)、(b)は、アコースティックピアノの波形を示すグラフである。12A and 12B are graphs showing waveforms of an acoustic piano. 図13(a)、(b)は、図12(a)、(b)のそれぞれの波形から算出されたスペクトルを示すグラフである。FIGS. 13A and 13B are graphs showing spectra calculated from the waveforms of FIGS. 12A and 12B. 図14は、図13(a)、(b)に示すスペクトルから抽出したスペクトラム・エンベロープを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a spectrum envelope extracted from the spectra shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). 図15は、従来の帰還形二次フィルタにおいて、パラメータとしてfcを変更したときのフィルタ特性を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing filter characteristics when fc is changed as a parameter in a conventional feedback secondary filter.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロコンピュータ
2 ROM
3 RAM
4 スイッチ類
5 タッチ検出回路
6 鍵盤
7 楽音発生回路
8 波形ROM
9 DAC
10 増幅回路
11、12 スピーカ
20 インタフェース
21 波形発生回路
22 フィルタ回路
23 乗算器
24 ミキサ
25 第1のエンベロープ発生回路
26 フィルタ係数算出回路
27 第2のエンベロープ発生回路
1 Microcomputer 2 ROM
3 RAM
4 Switches 5 Touch detection circuit 6 Keyboard 7 Musical sound generation circuit 8 Waveform ROM
9 DAC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Amplification circuit 11, 12 Speaker 20 Interface 21 Waveform generation circuit 22 Filter circuit 23 Multiplier 24 Mixer 25 1st envelope generation circuit 26 Filter coefficient calculation circuit 27 2nd envelope generation circuit

Claims (9)

フィルタ係数の組を出力するフィルタ係数出力手段と、
外部より供給される、所定の周波数を有する楽音信号に対して、前記フィルタ係数出力手段より出力されたフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施すフィルタ手段と、を備えたフィルタ装置であって、
前記フィルタ係数出力手段が、
複数の周波数夫々について、当該周波数に基づく第1のパラメータ、及び、前記フィルタ特性におけるフィルタのゲインの減衰或いは増強の度合いを表わす複数のレベル夫々に基づく第2のパラメータに関連付けられた、前記フィルタ手段におけるフィルタ係数の組を複数種記憶したパラメータテーブルと、
前記供給される楽音信号の周波数及び強度に対応して決定される前記第1のパラメータ及び第2のパラメータにより、前記パラメータテーブルから、該当するフィルタ係数の組を取り出して前記フィルタ手段にする出力するフィルタ係数生成手段と、
を有することを特徴とするフィルタ装置。
Filter coefficient output means for outputting a set of filter coefficients;
Filter means for applying a filtering process based on a filter characteristic defined by a set of filter coefficients output from the filter coefficient output means to a musical sound signal having a predetermined frequency supplied from the outside A device,
The filter coefficient output means comprises:
For each of a plurality of frequencies, the filter means associated with a first parameter based on the frequency and a second parameter based on each of a plurality of levels representing the degree of attenuation or enhancement of the filter gain in the filter characteristics A parameter table storing a plurality of sets of filter coefficients in
Based on the first parameter and the second parameter determined in accordance with the frequency and intensity of the supplied tone signal, a corresponding filter coefficient set is extracted from the parameter table and output to the filter means. Filter coefficient generation means;
A filter device comprising:
前記パラメータテーブルは、
供給される楽音信号の周波数により規定され、当該周波数の高低に伴って高低し、かつ、そこからフィルタのゲインの減衰或いは増強が開始される基準周波数から、ほぼ一定の傾きをもって減衰或いは増強され、かつ前記傾きが、前記供給される楽音信号の強度が大きくなるのにともなって、大きくなるように変化するフィルタ特性となるように、
予め定められた所定の周波数における、前記基準周波数からのゲインの減衰或いは増強の最大レベルを第2のパラメータとし、かつ、ゲインのレベルが前記最大レベルから所定の比率となるような周波数である遷移周波数を第1のパラメータとして、
複数の第1のパラメータのそれぞれについて、第1のパラメータ及び最大レベルが異なる複数の第2のパラメータのそれぞれの組に基づく、フィルタ係数の組を格納したことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。
The parameter table is
Specified by the frequency of the musical sound signal to be supplied, increased or decreased with the level of the frequency, and attenuated or enhanced with a substantially constant slope from the reference frequency from which attenuation or enhancement of the filter gain is started, And so that the inclination becomes a filter characteristic that changes so as to increase as the intensity of the supplied tone signal increases.
Transition at a predetermined frequency with a maximum level of gain attenuation or enhancement from the reference frequency as a second parameter and a frequency at which the gain level is a predetermined ratio from the maximum level With frequency as the first parameter,
The set of filter coefficients based on the first parameter and each of a plurality of second parameters having different maximum levels is stored for each of the plurality of first parameters. Filter device.
前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記第2のパラメータを時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載のフィルタ装置。   3. The filter device according to claim 1, wherein the filter coefficient generation unit further includes an envelope generation unit that changes the second parameter as time elapses. 前記エンベロープ発生手段は、前記第2のパラメータに対して、その時間の経過に伴って変化する値を加減算することを特徴とする請求項3に記載のフィルタ装置。   4. The filter device according to claim 3, wherein the envelope generating means adds or subtracts a value that changes with the passage of time with respect to the second parameter. 前記パラメータテーブルは、前記第1のパラメータの第1の上位ビット及び第2のパラメータの第2の上位ビットからなる複数ビットのデータを入力として、対応する前記フィルタ係数の組を出力し、
前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記フィルタ係数の組に含まれるフィルタ係数のそれぞれについて、
前記パラメータテーブルから出力されたフィルタ係数を、前記第1のパラメータの前記第1の上位ビットを除く所定の第1の下位ビット、及び、第2のパラメータの前記第2の上位ビットを除く所定の第2の下位ビットによって補間する補間手段を有することを特徴とする請求項1ないし4の何れか一項に記載のフィルタ装置。
The parameter table receives a plurality of bits of data consisting of a first upper bit of the first parameter and a second upper bit of a second parameter, and outputs the corresponding set of filter coefficients.
The filter coefficient generation means further includes, for each of the filter coefficients included in the set of filter coefficients.
The filter coefficient output from the parameter table has a predetermined first low-order bit excluding the first high-order bit of the first parameter and a predetermined high-order bit excluding the second high-order bit of the second parameter. 5. The filter device according to claim 1, further comprising an interpolation unit configured to interpolate using the second lower-order bit. 6.
前記補間手段は、前記第1の上位ビットを変化させることにより得られたフィルタ係数、その差分値及び前記第2の下位ビットにより得た第1の補間値と、第2の上位ビットを変化させた上で、前記第1の上位ビットを変化させることにより得られたフィルタ係数、その差分値及び前記第2の下位ビットにより得た第2の補間値と、前記第1の補間値及び第2の補間値の差分値及び前記第1の下位ビットにより得た第3の補間値と、を算出し、前記第3の補間値を補間されたフィルタ係数として出力することを特徴とする請求項5に記載のフィルタ装置。   The interpolation means changes a filter coefficient obtained by changing the first higher order bit, a difference value thereof, a first interpolation value obtained by the second lower order bit, and a second higher order bit. In addition, the filter coefficient obtained by changing the first upper bit, the difference value thereof, the second interpolation value obtained by the second lower bit, the first interpolation value, and the second 6. The difference value between the interpolation values of the first interpolation value and the third interpolation value obtained by the first lower-order bit is calculated, and the third interpolation value is output as an interpolated filter coefficient. The filter device according to 1. さらに、前記供給される楽音信号の強度に基づいて、前記第2のパラメータを生成する制御手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし6の何れか一項に記載のフィルタ装置。   7. The filter device according to claim 1, further comprising a control unit that generates the second parameter based on the intensity of the supplied musical sound signal. 外部操作により発音すべき楽音の周波数及び強度を指示する発音指示手段と、
前記周波数に基づき第1のパラメータを生成するとともに、前記強度に基づき第2のパラメータを算出する制御手段と、
複数の周波数のそれぞれについて、当該周波数及びフィルタ特性におけるフィルタのゲインの減衰或いは増強の度合いを表わす複数種のレベルに関連付けられたフィルタ係数の組を複数種記憶したパラメータテーブルと、
前記制御手段により算出された第1及び第2のパラメータに基づいて決定される周波数及びレベルに対応するフィルタ係数の組を前記パラメータテーブルから取り出すフィルタ係数生成手段と、
前記楽音生成手段からの楽音信号に対して、このフィルタ係数生成手段からのフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタリング処理を施して出力するフィルタ手段と、
を備えたことを特徴とする電子楽器。
Pronunciation instruction means for instructing the frequency and intensity of a musical tone to be generated by an external operation;
Control means for generating a first parameter based on the frequency and calculating a second parameter based on the intensity;
A parameter table storing a plurality of sets of filter coefficients associated with a plurality of levels representing the degree of attenuation or enhancement of the gain of the filter in the frequency and filter characteristics for each of the plurality of frequencies;
Filter coefficient generation means for extracting from the parameter table a set of filter coefficients corresponding to the frequency and level determined based on the first and second parameters calculated by the control means;
Filter means for performing a filtering process based on a filter characteristic defined by a set of filter coefficients from the filter coefficient generating means and outputting the musical sound signal from the music sound generating means;
An electronic musical instrument characterized by comprising:
前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記第2のパラメータを時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有することを特徴とする請求項8に記載の電子楽器。   9. The electronic musical instrument according to claim 8, wherein the filter coefficient generation unit further includes an envelope generation unit that changes the second parameter as time elapses.
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