JP2565011B2

JP2565011B2 - ゆらぎ信号発生装置

Info

Publication number: JP2565011B2
Application number: JP3072189A
Authority: JP
Inventors: 哲夫西元
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPH04284707A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子楽器その他の楽
音合成装置で使用することができるゆらぎ信号発生装置
に関し、特に相関ノイズ発生方式を用いたものの改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子楽器あるいはコンピュータを使用し
た楽音合成装置等において、発生楽音のピッチや音量振
幅などに「ゆらぎ」を与えることにより、該楽音に自然
性を付与することが行われている。「ゆらぎ」を与える
ためには、ゆらぎ信号を発生し、このゆらぎ信号によっ
てピッチや音量振幅などを変調することが行われる。ゆ
らぎ信号を発生するために、１／ｆノイズ発生器や相関
ノイズ発生器などを使用することが考えられている。

【０００３】相関ノイズ発生方式の従来技術としては、
雑誌「Computer Music Journal, Vol. 5, No. 4，Winte
r 1981」に掲載された論文「Dreamsong: The Compositi
on」（著者：Michael McNabb）に示されたものが知られ
ている。これは、出力ノイズ信号の前回サンプル値を所
定のノイズ信号源からの入力ノイズ信号に従って所定の
変化許容範囲内でランダムに変化させ、これを該出力ノ
イズ信号の今回サンプル値として発生するものである。
これにより、ノイズ信号源からの入力ノイズ信号の持つ
ランダム性とは異なる、いわばブラウン運動のようなゆ
らぎを持つ動きが出力ノイズ信号に与えられ、結果とし
て、相関性を持った出力ノイズ信号を得ることができ
る。このような相関性を持ったノイズ信号がゆらぎ信号
として使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の相関
ノイズ発生方式によって発生されるゆらぎ信号は、図６
に示すように、ゆらぎ信号の前回サンプル値Ｓ１を基準
にして、所定の変化許容範囲が上下に等間隔±ｋで定ま
り、この範囲Ｓ１±ｋ内でランダムに今回サンプル値が
決定される。

【０００５】そのようにして発生される従来のゆらぎ信
号の波形例を示すと図７のようである。同図において縦
軸はゆらぎ信号の瞬時値、横軸は時間であり、（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）は時間的に順次つながるもので
ある。ゆらぎ信号は中心値０を中心にして正負にランダ
ムに揺れ動く波形信号である。ところで、図７の（ａ）
の波形例のように、中心値０を中心に正負に比較的バラ
ンス良くランダムに揺れ動く場合は問題ないが、
（ｂ），（ｃ），（ｄ）の波形例のように、正または負
に一方的に偏った場合は、楽音制御上好ましくない。つ
まり、このゆらぎ信号により楽音のピッチや振幅を制御
する場合、中心値０では本来のピッチ又は振幅であり、
正の領域ではその値に応じた分だけではピッチや振幅が
上に偏り、反対に負の領域ではその値に応じた分だけで
はピッチや振幅が下に偏る。そのため、図７の（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の波形例のように、正または負に比較的
長い時間一方的に偏った場合は、制御される楽音のピッ
チや振幅に比較的目立った偏りが生じ、不自然さを感じ
させる場合が生ずる。

【０００６】このような偏りが生じる原因は、前回サン
プル値を変調して今回サンプル値を生じさせるノイズ信
号それ自体が、一時的であるにせよ偏って発生すること
が有り得るためであり、また、前回サンプル値それ自体
が中心値０より正又は負に偏倚するため、そのとき該サ
ンプル値のレベルＳ１を基準に上下に等間隔±ｋで変化
許容範囲を設定すると、いかにランダムに変調するとは
言え、前回サンプル値の近くに偏る確率が高まるからで
ある。従って、図７の（ａ）に示すように始めは問題な
くても、図７の（ｂ）のように一旦偏ると、引き続く
（ｃ），（ｄ）のように偏りが大きく続く傾向があっ
た。

【０００７】この発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、ゆらぎ信号が正負一方の振幅領域に偏って発生され
る現象をできるだけ改善することができるようにしたゆ
らぎ信号発生装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るゆらぎ信
号発生装置は、ノイズ信号を発生するノイズ信号発生源
と、発生すべきゆらぎ信号の変化許容範囲を指定する変
化許容範囲指定手段と、ゆらぎ信号の過去のサンプル値
を前記ノイズ信号に従って前記変化許容範囲内でランダ
ムに変化させ、これを該ゆらぎ信号の新たなサンプル値
として出力する演算手段と、所定の中心値に対する上記
過去のサンプル値のずれに応じて、該ずれを減らす方向
に上記変化許容範囲の上限と下限を修正することによ
り、求心傾向をもたせる変化許容範囲修正手段とを具え
たものである。

【０００９】

【作用】相関ノイズ方式であるから、基本的には、従来
と同様に、ノイズ信号を発生する所定のノイズ信号発生
源を有し、演算手段では、出力ゆらぎ信号の過去のサン
プル値をこのノイズ信号発生源からのノイズ信号に従っ
て変化許容範囲内でランダムに変化させ、これを該ゆら
ぎ信号の新たなサンプル値として出力する。つまり、出
力ゆらぎ信号の過去のサンプル値に相関させながら、し
かしランダムに、新たなサンプル値を決定するわけであ
る。この発明では、このような従来の構成を改良するた
めに、変化許容範囲修正手段を具備している。

【００１０】変化許容範囲修正手段による修正作用につ
いて図２により説明する。以下、過去のサンプル値を前
回サンプル値、新たなサンプル値を今回サンプル値とい
う。ゆらぎ信号の前回サンプル値Ｓ01が所定の中心値０
に対して正側にずれていれば、そのずれに応じて、該ず
れを減らす方向に変化許容範囲の上限と下限を修正す
る。例えば、前回サンプル値Ｓ01に対する基準の変化許
容範囲が±ｋであるとすると、上記ずれに応じて上限を
＋ｋ−αのように減少方向に修正し、下限を−(ｋ＋
β）のように増加方向に修正する。修正値はα＝βであ
ってもよいし、α≠βであってもよい。これにより、変
化許容範囲＋ｋ−α〜−(ｋ＋β）が中心値０寄りにシ
フトされ、この範囲でランダムに今回サンプル値が決定
される。従って、今回サンプル値が中心値０寄りになる
（場合によっては中心値０を越えて負側に行く）確率が
高くなる。

【００１１】ゆらぎ信号の前回サンプル値Ｓ02が所定の
中心値０に対して負側にずれている場合も同様であり、
そのずれに応じて、該ずれを減らす方向に変化許容範囲
の上限と下限を修正する。従って、修正方向は正側にず
れている場合とは逆になる。例えば、前回サンプル値Ｓ
02に対する基準の変化許容範囲が±ｋであるとすると、
上記ずれに応じて上限を＋ｋ＋γのように増加方向に修
正し、下限を−(ｋ−δ）のように減少方向に修正す
る。修正値はγ＝δであってもよいし、γ≠δであって
もよい。これにより、変化許容範囲＋ｋ＋γ〜−(ｋ−
δ）が中心値０寄りにシフトされ、この範囲でランダム
に今回サンプル値が決定される。従って、今回サンプル
値が中心値０寄りになる（場合によっては中心値０を越
えて正側に行く）確率が高くなる。

【００１２】こうして、相関ノイズ方式によるゆらぎ信
号の発生にあたって、求心傾向をもたせる修正が働くの
で、ゆらぎ信号が正負一方の振幅領域に偏って発生され
るような現象が生じるのをできるだけふせぐことができ
るようになる。これにより、このゆらぎ信号により楽音
のピッチや振幅を制御する場合、ピッチや振幅の基準値
からの目立った偏りが生じるのを防止することができ、
不自然さを感じさせることのない楽音等の制御が可能に
なる。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の一実施
例を詳細に説明しよう。図１において、所定のノイズ信
号を発生するノイズ信号発生源として、ホワイトノイズ
信号を発生するホワイトノイズ発生器１が設けられてい
る。係数発生部２から発生される係数ＣＦ1は、発生す
べきゆらぎ信号の基準の変化許容範囲を指定するための
ものである。

【００１４】演算部３は、ゆらぎ信号の前回サンプル値
を前記ホワイトノイズ信号に従って前記係数ＣＦ1によ
って指定される変化許容範囲内でランダムに変化させ、
これを該ゆらぎ信号の今回サンプル値として出力する演
算手段としての機能、及び所定の中心値に対する上記前
回サンプル値のずれに応じて、該ずれを減らす方向に上
記変化許容範囲の上限と下限を修正することにより、求
心傾向をもたせる変化許容範囲修正手段としての機能、
を果たすものである。前者の演算手段としての機能係数
ＣＦ1によって指定される変化許容範囲内でに対応する
ものは、概ね、遅延回路４、加算器５，６、引算器７，
８、乗算器９の部分である。後者の変化許容範囲修正手
段としての機能に対応するものは、概ね、乗算器１０，
１１，１２、引算器１３、加算器１４の部分である。

【００１５】遅延回路４は、演算部３から出力したゆら
ぎ信号を１サンプルタイム遅延して該ゆらぎ信号の前回
サンプル値データＯＬＤとして該演算部３内の所要の回
路にフィードバックするものである。図示していない
が、遅延回路４に所定のサンプリングクロック信号が印
加され、これに従って、遅延制御を行う。演算部３はデ
ィジタル演算を行うものであるが、アナログ演算を行う
タイプのものを発明の範囲から排除する意図はない。

【００１６】遅延回路４から出力された前回サンプル値
データＯＬＤは、加算器５及び引算器７に入力される。
加算器５及び引算器７の他の入力には、乗算器１０，１
１を経由して、変化許容範囲を指定する基準の係数ＣＦ
1が入力される。乗算器１０，１１は、この変化許容範
囲の上限と下限を修正するために、該基準の係数ＣＦ1
を修正するものである。乗算器１０は変化許容範囲の上
限を設定するデータＵを出力し、乗算器１１は下限を設
定するデータＬを出力する。すなわち、乗算器１０の出
力データＵは加算器５に与えられ、前回サンプル値デー
タＯＬＤに加算され、ＯＬＤ＋Ｕを得る。また、乗算器
１１の出力データＬは引算器７のマイナス入力に与えら
れ、前回サンプル値データＯＬＤから引算され、ＯＬＤ
−Ｌを得る。加算器５及び引算器７の出力は、前回サン
プル値データＯＬＤを基準にして上限設定データＵと下
限設定データＬによって定まる変化許容範囲の上限絶対
値ＯＬＤ＋Ｕと下限絶対値ＯＬＤ−Ｌを示している。

【００１７】加算器５及び引算器７の出力は引算器８に
入力され、引算（ＯＬＤ＋Ｕ）−（ＯＬＤ−Ｌ）が実行
される。これにより、上限絶対値ＯＬＤ＋Ｕと下限絶対
値ＯＬＤ−Ｌとによって特定される変化許容範囲に対応
する相対的な変化幅が求められる。この変化幅データは
乗算器９に入力され、ホワイトノイズ発生器１から発生
されるホワイトノイズ信号の現在値ＷＮと乗算される。
乗算器９の出力は加算器６に与えられ、引算器７から与
えられる下限絶対値ＯＬＤ−Ｌに加算される。加算器６
の出力がゆらぎ信号として出力される。つまり、加算器
６の出力がゆらぎ信号の今回サンプル値を示す。

【００１８】一例として、ホワイトノイズ信号の値は
０．０から１．０の範囲で任意の値をランダムにとり、
上記引算器８から与えられる変化幅データ（ＯＬＤ＋
Ｕ）−（ＯＬＤ−Ｌ）に対する変調係数として作用す
る。例えば、ホワイトノイズ信号の現在値ＷＮが最大値
１．０のとき、乗算器９の出力は、引算器８からの変化
幅データに等しく、加算器６の出力は上限絶対値ＯＬＤ
＋Ｕに等しい。また、ホワイトノイズ信号の現在値ＷＮ
が最小値０．０のとき、乗算器９の出力は、０であり、
加算器６の出力は下限絶対値ＯＬＤ＋Ｌに等しい。一般
的には、乗算器９の出力は、ＷＮ・｛（ＯＬＤ＋Ｕ）−
（ＯＬＤ−Ｌ）｝であり、変化幅データ（ＯＬＤ＋Ｕ）
−（ＯＬＤ−Ｌ）をホワイトノイズ信号の現在値ＷＮに
よってスケーリングしたものである。従って、加算器６
から出力される今回サンプル値は、前回サンプル値ＯＬ
Ｄをホワイトノイズ信号の現在値ＷＮに従って変化許容
範囲（ＯＬＤ＋ＵからＯＬＤ−Ｌの範囲）内でランダム
に変化させたものとなる。

【００１９】容易に理解できるように、基準の係数ＣＦ
1が乗算器１０，１１で修正されない場合は、ＣＦ1＝Ｕ
＝Ｄであり、前回サンプル値ＯＬＤを基準にして変化許
容範囲が上下に等間隔で定まる。しかし、以下述べるよ
うに、所定の中心値に対する前回サンプル値ＯＬＤのず
れに応じて、該ずれを減らす方向に変化許容範囲の上限
と下限が修正されることにより、前回サンプル値ＯＬＤ
を基準にした変化許容範囲が上下に不等間隔となる。こ
の修正のために、修正感度を設定する修正係数ＣＦ2が
係数発生部２から与えられる。

【００２０】遅延回路４から出力された前回サンプル値
ＯＬＤが乗算器１２に入力され、上記修正係数ＣＦ2が
乗算される。この乗算器１２の出力は引算器１３のマイ
ナス入力され、かつ加算器１４にも入力される。引算器
１３及び加算器１４の他の入力には、所定値１．０が入
力される。引算器１３の出力は乗算器１０に与えられ、
上限設定データＵを修正するために利用される。加算器
１４の出力は乗算器１１に与えられ、下限設定データＬ
を修正するために利用される。従って、上限設定データ
Ｕ及び下限設定データＬは次のように定まる。Ｕ＝（１−ＣＦ2・ＯＬＤ）・ＣＦ1 Ｌ＝（１＋ＣＦ2・ＯＬＤ）・ＣＦ1

【００２１】ここで、ゆらぎ信号は中心値０を中心にし
て正負にランダムに揺れ動く波形信号である。従って、
前回サンプル値ＯＬＤが中心値０に一致している場合
は、上記式からＵ＝Ｄ＝ＣＦ1である。前回サンプル値
ＯＬＤが中心値０よりも正側にずれている場合は、（１
−ＣＦ2・ＯＬＤ）は１よりも小であり、従って、上限
設定データＵは相対的に小となり、反対に、（１＋ＣＦ
2・ＯＬＤ）は１よりも大であり、従って、下限設定デ
ータＬは相対的に大となる。これは図２における前回サ
ンプル値Ｓ01のときの修正状態に対応している。図２に
おいて、ｋをＣＦ1に、＋ｋ−αを（１−ＣＦ2・ＯＬ
Ｄ）・ＣＦ1に、−(ｋ＋β）を（１＋ＣＦ2・ＯＬＤ）
・ＣＦ1に、それぞれ置き換えて参照すればよい。他
方、前回サンプル値ＯＬＤが中心値０よりも負側にずれ
ている場合は、（１−ＣＦ2・ＯＬＤ）は１よりも大で
あり、従って、上限設定データＵは相対的に大となり、
反対に、（１＋ＣＦ2・ＯＬＤ）は１よりも小であり、
従って、下限設定データＬは相対的に小となる。これは
図２における前回サンプル値Ｓ02のときの修正状態に対
応している。図２において、ｋをＣＦ1に、＋ｋ＋γを
（１−ＣＦ2・ＯＬＤ）・ＣＦ1に、−(ｋ−δ）を（１
＋ＣＦ2・ＯＬＤ）・ＣＦ1に、それぞれ置き換えて参照
すればよい。

【００２２】ＯＬＤが正負どちらの場合であっても、Ｃ
Ｆ2・ＯＬＤはそのときのＯＬＤの値に応じた大きさ
（ＯＬＤを修正係数ＣＦ2によってスケーリングした
値）を持つので、修正量はＯＬＤの値の中心値０からの
ずれが大きくなるほど大きくなり、求心傾向が増す。こ
うして、所定の中心値０に対する前回サンプル値ＯＬＤ
のずれに応じて、該ずれを減らす方向に変化許容範囲の
上限と下限が修正される。従って、最終的に得られるゆ
らぎ信号はランダムな信号でありながら「ゆらぎ」に求
心傾向をもたせることができる。

【００２３】図１における各信号の取りうる数値範囲の
一例を示すと、基準の変化許容範囲を指定するための基
準係数ＣＦ1は１．０〜０．０の範囲の可変数値であ
り、この値は手動設定操作子によって任意に設定できる
ようになっていたり、音色等の選択に連動して選定され
るようになっていたり、発生楽音の音高やタッチなどに
連動して設定されるようになっていたりしていてよい。
勿論、所定値に固定されていてもよい。修正係数ＣＦ2
も０．０〜１．０の範囲の可変数値であり、上記と同様
に任意に可変設定できるようになっていてもよく、また
固定であってもよい。ホワイトノイズ信号の値ＷＮも前
述のように０．０〜１．０の範囲で任意の値をランダム
にとる。また、出力ゆらぎ信号は、−１．０〜＋１．０
の範囲で変化する信号である。いずれの数値も小数部を
含んでいる。演算処理の過程で、演算結果が予定した範
囲を越えた場合は、適当なリミット処理を施すとよい
が、その点は詳しく説明しない。例えば、１．０〜０．
０の範囲の基準係数ＣＦ1によって定義される変化許容
範囲の最大は−１．０〜＋１．０であるから、加算器５
の出力が＋１．０よりも大きくならないように、及び引
算器７の出力が−１．０よりも小さくならないように、
それぞれの出力に対して適当なリミット処理を施すのが
よい。また、出力ゆらぎ信号が−１．０〜＋１．０の範
囲を越えないように加算器６の出力に対して適当なリミ
ット処理を施すのがよい。

【００２４】上記実施例によって発生されるゆらぎ信号
の波形例を示すと図３のようである。同図において縦軸
はゆらぎ信号の瞬時値、横軸は時間であり、(ａ)，
(ｂ)，(ｃ)，(ｄ)は時間的に順次つながるものである。
この例では、ＣＦ1＝０．０１，ＣＦ2＝０．１に設定し
た。どの部分でもゆらぎ信号に偏りが生じていず、バラ
ンスよく正負にランダムに揺れ動いていることが理解で
きる。

【００２５】図３の波形をスペクル分析した図が図４で
ある。また、図５はＣＦ1＝０．０１，ＣＦ2＝０．５に
設定したときに得られるゆらぎ信号波形をスペクル分析
した図である。スペクル分析では、偏りは直流成分若し
くは周波数０に近い成分として認識できる。ゆらぎ信号
であるから必然的に周波数０に近い成分を含有している
が、他の周波数成分との相対的なレベルの差が極端に大
きくないことがこれらの図から理解できる。また、図４
と図５の比較からは、修正係数ＣＦ2を大きくするほど
周波数０に近い成分と他の周波数成分との相対的なレベ
ルの差が小さくなることが理解できる。

【００２６】ゆらぎ信号の前回サンプル値を前記ノイズ
信号に従って前記変化許容範囲内でランダムに変化させ
る演算手段の実施態様は、上記実施例によれば次のよう
である。（ａ）この演算手段は、変化許容範囲修正手段によって
修正された変化許容範囲に対応する変化幅データをノイ
ズ信号の現在値によって変調し、このノイズ変調された
変化幅データによってゆらぎ信号の前回サンプル値を変
調する演算を行うことにより、該ゆらぎ信号の今回サン
プル値を求めるものである請求項１に記載のゆらぎ信号
発生装置。変化幅データをノイズ信号の現在値によって
変調することは、乗算器８によって行っているから、こ
れは見方を変えれば、ノイズ信号の現在値を変化幅デー
タによって変調することと等価である。従って、そのよ
うな変更も本発明の実施態様の範ちゅうに入る。

【００２７】上記演算手段としては、上記実施例に示し
た構成（回路４，５，６，７，８，９等）に限らず、適
宜変更してよい。また、変化許容範囲修正手段も、上記
実施例に示した構成（回路１０，１１，１２，１３，１
４等）に限らず、適宜変更してよい。所定の中心値を０
ではなく、別の適宜の値とした場合は、この中心値に対
する前回サンプル値のずれを比較・演算し、該ずれに対
して修正係数ＣＦ2を演算する、などの適切な変更を行
うのは勿論である。また、ノイズ信号発生源は、ホワイ
トノイズ信号発生器に限らず、その他のノイズ信号発生
器あるいはランダムデータ発生器を適宜使用してよい。
また、遅延回路４の遅延サンプルタイム数は１サンプル
タイムに限らず、その他複数サンプルタイムでもよい。
その場合は、例えば、複数サンプルタイムについて加算
器５，引算器７の出力が変化せず、ノイズ信号の現在値
ＷＮがランダムに変化することになる。また、この発明
のゆらぎ信号発生装置は楽音信号制御用のゆらぎ信号の
発生に限らず、その他の用途にも使用できるのは勿論で
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、相関ノ
イズ方式によるゆらぎ信号の発生にあたって、求心傾向
をもたせる修正が働くので、ゆらぎ信号が正負一方の振
幅領域に偏って発生されるような現象が生じるのをでき
るだけふせぐことができるようになる。これにより、こ
のゆらぎ信号により楽音のピッチや振幅を制御する場
合、ピッチや振幅の基準値からの目立った偏りが生じる
のを防止することができ、このゆらぎ信号による制御が
不自然さを感じさせることがないものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】この発明による作用を説明する図。

【図３】図１に示す実施例により発生されるゆらぎ信号
の一例を示す波形図。

【図４】同実施例により発生されるゆらぎ信号のスペク
トル例を示す図。

【図５】同実施例により発生されるゆらぎ信号の別のス
ペクトル例を示す図。

【図６】従来の相関ノイズ発生方式の原理を説明する
図。

【図７】従来の相関ノイズ発生方式により発生される波
形例を示す波形図。

【符号の説明】

１…ホワイトノイズ発生器、２…係数発生部、３…演算
部、４…遅延回路、５，６，１４…加算器、７，８，１
３…引算器、９，１０，１１，１２…乗算器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ノイズ信号を発生するノイズ信号発生源
と、発生すべきゆらぎ信号の変化許容範囲を指定する変
化許容範囲指定手段と、ゆらぎ信号の過去のサンプル値
を前記ノイズ信号に従って前記変化許容範囲内でランダ
ムに変化させ、これを該ゆらぎ信号の新たなサンプル値
として出力する演算手段と、所定の中心値に対する上記
過去のサンプル値のずれに応じて、該ずれを減らす方向
に上記変化許容範囲の上限と下限を修正することによ
り、求心傾向をもたせる変化許容範囲修正手段とを具え
たゆらぎ信号発生装置。