JP2905351B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、楽音発生パラメータ
の演算を周期的に行うＣＰＵと演算周期の間に補間演算
を行う回路とを組み合わせて所望の楽音信号を得る方式
を用いた電子楽器において、１つの楽音信号発生に使用
するチャネル数をなるべく少なくすることにより、より
多くの楽音を同時発生することができるようにした電子
楽器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル方式の電子楽器におい
て、ＣＰＵが広く利用されている。しかしＣＰＵによっ
て処理される内容は、キーオンなどの演奏者の操作を検
出し、後の波形合成は専用ＬＳＩに任す方式が普通であ
った。これは、複数の楽音波形を同時に演算するには、
一般的なＣＰＵの処理速度が遅すぎるためである。

【０００３】また従来の方式の中には、例えばＣＰＵで
波形を高調波合成して、専用ＬＳＩはこの合成波形を周
期的に読み出し、エンベロープを乗算し、累算して出力
するものもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 前記したような従来
の電子楽器においては、固定的な波形合成ＬＳＩの仕様
に縛られ、また楽音波形の高調波合成の際に割当てるチ
ャネルの数も固定的であるので融通性がないという問題
点があった。また後者のような方式においても、専用Ｌ
ＳＩの中の波形読み出し回路、エンベロープ発生回路、
エンベロープ乗算回路などは独立しており、共通化が困
難であるという問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を改良し、シンプルな回路構成で融通性のある楽
音発生制御が可能な波形合成装置を有する電子楽器を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本発明は、楽音発生情
報に基づいて、サンプリング周期より長い周期で、同時
発音させる複数チャネルの楽音発生パラメータを更新す
る制御手段と、サンプリング周期毎に、前記楽音発生パ
ラメータの補間演算を行なう補間手段と、前記補間手段
の出力に基づいて、複数チャネル分の楽音信号を発生す
る楽音信号発生手段と、前記複数チャネル分の楽音信号
を加算する波形合成手段と、選択された音色および発音
すべき音高の少なくとも一方の情報に基づいて、これに
対応する楽音の発生に必要な倍音の数を決定する手段と
を具備し、前記制御手段が前記の必要倍音数に応じた、
必要最小数のチャネルを割当てることを特徴とする。

【０００７】

【作用】 本発明はこのような手段により、サンプリン
グ周期に較べて演算周期を長くすることができるので、
一般的なＣＰＵを用いた制御手段によって楽音発生パラ
メータをリアルタイムに制御することが可能となると共
に、所望の楽音の発生に必要な倍音の数に応じた、必要
最小数のチャネルを割当てて発音させるので、同じ数の
チャネルを用いてより多くの楽音を発生することができ
る。反対に発生する楽音の数が同じならば、チャネル数
を減らすことができる。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。本実施例はサイン合成方式を用いてお
り、まずその方式について説明する。図１は本発明の電
子楽器における基本周波数と楽音の高調波の関係を示す
図である。本発明の電子楽器においては、例えば基本周
波数を０．５５Ｈｚに選定し、例えばＣ２（６６Ｈｚ）
の楽音の基本波は基本周波数の１２０倍音というよう
に、全ての楽音の基本波並びに高調波が基本周波数に対
して単純な倍音で表されるようになっている。これは本
システムが１２平均律音階の代わりに純正律音階を用い
ているためである。

【０００９】純正律音階とは、各音階間が単純な周波数
比率に設定されているもので、この周波数比率は長調の
場合には図２（ａ）、短調の場合には図２（ｂ）のよう
な比率になる。これらの比率の音が全て基本周波数の倍
音の関係になるには、図２（ａ）、（ｂ）の表の各比率
の分母の最小公倍数（１２０）が、発音する最低音の基
本周波数に対する高調波次数となるように基本周波数を
選択すればよい。

【００１０】６１鍵タイプの鍵盤楽器で一番低い音は普
通Ｃ２（６６Ｈｚ）であるから、これの１２０分の１の
０．５５Ｈｚを基本周波数に選べば、全ての楽音を整数
倍の高調波で表せることになる。なお、電子ピアノのよ
うに８８鍵あるものはＡ０（２８Ｈｚ）の１２０分の１
の０．２３Ｈｚを基本周波数に選べばよい。

【００１１】図１において、Ｃ２の基本波は基本周波数
の１２０倍音、Ｃ２の第２倍音は２４０倍音となり、ま
たＥ３の基本波（１６５Ｈｚ）は基本周波数の３００倍
音、第２倍音は６００倍音となる。このように単一の基
本周波数信号を逓倍することによって各楽音の高調波を
発生させるようにすれば、いつ、どの鍵を押下しても発
音する楽音の位相関係は常に固定され、オクターブ間で
は位相が合うことになる。

【００１２】図３は本発明の原理を説明するための楽音
発生部の概略を表すブロック図である。１は基本周波数
発振器であり、発振周波数としては該周波数を逓倍する
ことによって全ての楽音の基本周波数を発生出来るよう
な値を選択し、ここでは例えば０．５５Ｈｚとする。こ
の基本周波数発振器１からは、サンプリング周期毎に基
本周波数信号の位相データが出力される。

【００１３】複数の乗算器２、３は基本周波数発振器１
の出力位相データと、複数の高調波次数ラッチ４、５に
格納されている高調波次数データとをそれぞれ乗算す
る。この高調波次数データは制御装置が発生したい楽音
の高調波の周波数に基づいてセットする。この乗算の結
果、乗算器の出力には発生したい高調波の位相データが
得られる。波形メモリ６、７は例えば１周期分のサイン
波形を記憶しており、各乗算器の出力位相データをアド
レスとして波形の振幅値を読み出す。

【００１４】次段の乗算器８、９は、波形メモリ６、７
の出力データと、エンベロープデータラッチ１０、１１
に格納されている高調波エンベロープデータとを乗算す
る。このエンベロープデータは制御装置が時間の経過に
従って順次更新していく。この結果各乗算器８、９の出
力には発生したい楽音の各高調波波形データが得られ
る。加算器１２は、各乗算器８、９の出力を加算するこ
とによって各高調波を合成し、目的の１つの楽音波形を
得る。実施例ではこれを３２チャネル分（３２楽音波形
分）時分割処理している。

【００１５】ここで、ある楽音の高調波の周波数と他の
楽音の高調波の周波数とが等しくなった場合（例えば図
１におけるＣ２の５倍高調波音とＥ３の２倍高調波音：
３３０Ｈｚ）には、高調波次数データが等しい値（基本
周波数を０．５５Ｈｚとすると６００）となる。従っ
て、どのようなタイミングで押鍵しても、乗算器２、３
から出力される高調波位相データは等しくなり、加算器
１２によって同位相で加算、合成されることになる。

【００１６】以下実施例について説明する。図４は電子
楽器全体の構成を示すブロック図である。ＣＰＵ２０は
キーボードあるいはパネルからの情報に基づき、音色選
択、キーアサイン、シーケンサ等の制御を行い、ＤＰＲ
ＡＭ２９を介して、後段のＤＳＰ２６に楽音制御情報を
送る。ＲＯＭｃ２１は各種制御プログラムの他、デモ曲
等のシーケンスデータも記憶している。

【００１７】ＲＡＭｃ２２はワークエリアとして利用さ
れる他、ＭＩＤＩ等のシーケンスデータも記憶される。
Ｉ／Ｏポート２３はキーボード２４やパネル２５のスイ
ッチデータをＣＰＵ２０に転送したり、あるいはＣＰＵ
２０から送出された表示データ等をパネル２５の表示装
置に転送する。キーボード２４はスイッチを有する複数
の鍵から成り、パネル２５は、音色選択スイッチ、ボリ
ューム、ビブラート等の効果選択スイッチ、シーケンサ
制御スイッチ、調を設定するスイッチ等を有し、また調
情報やシーケンス情報を表示するためのＬＣＤ表示装置
を備えている。ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
２６は、後述するが、ＤＰＲＡＭの情報に基づいて後段
の波形合成回路３１の各パラメータを３．２ｍｓ毎に更
新し、楽音発生を制御する。なおこのＤＳＰ２６として
は、通常の１６ビットＣＰＵあるいは３２ビットＲＩＳ
Ｃチップでも使用可能である。ＲＯＭｄ２７はＤＳＰの
プログラムの他、パネルによって選択可能な複数の音色
の高調波エンベロープデータ、各音色に対応するフォル
マントフィルタ係数、パン効果係数も記憶している。

【００１８】ＲＡＭｄ２８はＤＳＰ２６のワークＲＡＭ
としてキーアサインデータ、各チャネルの発音制御デー
タ等が記憶される他、図１２（ｂ）に示すように、ＣＰ
Ｕ２０によって選択された４つの音色に対応する高調波
の次数およびエンベロープデータ記憶する。ここで該メ
モリエリヤには発音しない不要な倍音は記憶されず、発
音に関係する高調波データのみが記憶される。例えば倍
音１には基本波、つまり倍音次数１のデータが記憶され
るが、倍音２には３倍音（倍音次数３）のデータが記憶
される。また倍音データ数はその音色に必要な数だけ記
憶される。

【００１９】ＤＰＲＡＭ（デュアルポートＲＡＭ）２９
はＣＰＵ２０とＤＳＰ２６の双方から独立にアクセスで
きるＲＡＭであり、図１２（ａ）のような制御情報エリ
ヤを用いて、楽音制御情報をＣＰＵ２０からＤＳＰ２６
に高速転送する。タイマ、アドレスコントローラ３０は
ＣＰＵ２０にシーケンサのテンポ用割り込み信号を供給
するほか、ＤＳＰ２６には１０ｋＨｚの割り込み信号を
送出する。また波形合成回路３１に各種クロック信号を
供給する。

【００２０】波形合成回路３１は詳細は後述するが、Ｄ
ＳＰ２６によりセットされたパラメータに基づき、図３
に概略を示したような構成によって楽音波形を合成す
る。この回路からは左右２チャネルのデジタル楽音信号
が出力される。Ｄ／Ａ変換回路３２、３３は左右それぞ
れのデジタル楽音信号をＤ／Ａ変換し、サンプルホール
ド、アンプ回路によってサンプルホールドされ、増幅さ
れて、スピーカ３６、３７から発音される。３８はバス
である。なお必要に応じて、ＭＩＤＩ、メモリカード等
のインターフェース回路をバス３８に接続してもよい。

【００２１】電子楽器全体は以上のような構成になって
いるが、つぎに波形合成回路３１の詳細について説明す
る。図５、６は波形合成回路３１の詳細な構成を示すブ
ロック図である。図５から説明すると、Ｆナンバラッチ
４０は、調設定により定められた中間ラ音（ミドルＡ）
の８００分の１を基本周波数としたＦナンバ（１６ビッ
ト）を記憶している。この中間ラ音はＣをドとした場
合、通常４４０Ｈｚであるので、基本周波数は０．５５
Ｈｚとなるが、パネルのＴＵＮＥ操作により４３８Ｈｚ
から４４５Ｈｚまで８段階の設定ができるようになって
いる。Ｆナンバ値は、サンプル周波数４０ｋＨｚ、後述
するサイン波形メモリ４５の振幅データ数６５５３６ポ
イント／周期、基本周波数０．５５Ｈｚとするとつぎの
ような値になる。

【００２２】Ｆナンバ＝６５５３６×０．５５／４０×
１０００＝０．９０１１２。

【００２３】従ってハ長調またはイ短調においてＦナン
バは０．９０１１２となり、これを２進数で表した値
０．１１１００１１０１０１・・・がＦナンバラッチに
記憶される。加算器４１はＦナンバラッチ４０の値と、
累算ラッチ４２の値とを３２ビット幅で加算する。この
場合Ｆナンバラッチ４０の値は加算器４１のＢ入力の下
位１６ビットに入力され、上位１６ビットには０が入力
される。

【００２４】累算ラッチ４２は加算器４１の出力をサン
プリング周波数である４０ｋＨｚのクロックＣＫＹの立
ち上がりのタイミングでラッチする。従って累算ラッチ
４２にはＦナンバラッチ４０の値がサンプリング周波数
毎に累算され、その上位１６ビットは基本周波数の１周
期分（１／０．５５、約１．８１秒）の期間でサイン波
形メモリ４５の１周期分の振幅データ数、即ちアドレス
の上限値である６５５３６に達する。つまり累算ラッチ
４２の出力は、Ｆナンバラッチ４０、加算器４１、累算
ラッチ４２から構成される基本周波数発振器の位相情報
を表しているということができる。この単一の位相情報
が全ての楽音の高調波信号の基になっている。

【００２５】高調波次数ＲＡＭ４３は、図１２（ｄ）に
示すように３２チャネルの各チャネル毎に８個の音色お
よび高調波次数データを記憶している。この高調波次数
データは整数部１５ビット、小数部８ビットの２３ビッ
トで表されており、ＤＳＰ２６が次のように演算により
求めてセットする。

【００２６】ＳＨＭｎ＝ＳＨＭ１×ＴＨＭｎ＋ＶＩＢ。

【００２７】ここでＳＨＭｎは、求める高調波次数であ
り、ＳＨＭ１はある音色の高調波の基本周波数に対する
次数、ＴＨＭｎは押下したキーに対応する音高の基本周
波数に対する倍音次数である。ＳＨＭ１は図１２（ｂ）
に示すようにＲＡＭｄ２８に記憶されており、またキー
コードとＴＨＭｎの対応表はＲＯＭｄ２７に記憶されて
いる。

【００２８】ＶＩＢはビブラートをかけるためのデータ
であり、ＤＳＰ２６により、整数８ビット、小数８ビッ
トの高調波次数データとして作成される。ＣＰＵ２０
は、図１２（ａ）に示すように、各音色毎にディレイ、
デプス、スピード（周波数）のビブラート制御情報を設
定する。通常は発振周波数に対して±２０セント（ＣＥ
ＮＴ）を６〜８Ｈｚの周波数で変化させるので、変化さ
せる高調波次数の値も音高によって異なる。

【００２９】図１５はＣ３（１３２Ｈｚ）とＣ５（５２
８Ｈｚ）におけるビブラートデータＶＩＢの一例を示す
波形図である。Ｃ３の場合は、図１５（ａ）に示すよう
に±２倍音の範囲を６〜８Ｈｚの周波数で揺らす。また
Ｃ５の場合には図１５（ｂ）に示すように±８倍音とな
る。ビブラート制御情報（ディレイ、デプス、スピー
ド）は音色に対応させてデータ表としてＲＯＭｄ２７内
に記憶していてもよい。ＤＳＰ２６は後述するが、上記
高調波次数を求める演算を常に行い、高調波次数を更新
している。なお、より滑らかにビブラートをかけるため
に、高調波次数ＲＡＭ４３に現在値と差分値を記憶さ
せ、サンプリング周期毎に補間演算を行うようにしても
よい。

【００３０】高調波次数ＲＡＭ４３は、タイマ、アドレ
スコントローラ３０から出力される、１サンプリング周
期内で０から２５５まで変化する時分割多重処理用アド
レス信号ＡＤに従ってデータを読み出す。乗算器４４
は、１サンプリング周期の間に、各チャネルの各高調波
データ毎に、即ち３２×８回、高調波次数ＲＡＭ４３の
出力値と累算ラッチ４２の出力とを乗算する。この演算
によって、基本周波数を高調波次数分だけ逓倍したこと
になり、発生すべき各高調波の位相情報が得られる。

【００３１】サイン波形メモリ４５はサイン波形の振幅
値を記憶している。乗算器４４から出力される位相情報
は１６ビット分あるが、サイン波形メモリ４５はその上
位１０ビットをアドレスとして入力し、１０２４サンプ
ルの振幅値ＳＢとその振幅値ＳＢと次の振幅値との差Ｓ
Ｄを出力する。乗算器４６はこの差ＳＤと乗算器４４の
出力の下位６ビットを乗算する。

【００３２】加算器４７はサイン波形メモリ４５から読
み出された振幅値ＳＢと乗算器４６の出力である補間値
とを加算する。サイン波形メモリ４５、乗算器４６、加
算器４７により上記のような内挿補間演算を行うことに
よって、見かけ上１６ビットアドレスに対応する６５５
３６サンプルを記憶するメモリとして動作する。また、
サイン波形メモリ４５は、サイン波形の対称性を利用し
て１／４周期のデータのみを記憶するようにすることも
可能である。以上の回路構成により、加算器４７の出力
にはサンプリング周期毎に３２×８個の所望の高調波の
振幅データが得られる。

【００３３】次に、エンベロープデータに関する処理回
路について説明する。高調波レベルＲＡＭ４８は図１２
（ｃ）に示すように、３．２ｍｓごとに変化する３２チ
ャネル×８個の高調波レベルＨＢと、現在の高調波レベ
ルＨＢと３．２ｍｓ後の高調波レベルとの差ＨＤとを記
憶している。このエンベロープデータはそれぞれ高調波
次数ＲＡＭ４３に記憶されている高調波に対応してお
り、３．２ｍｓ毎にＤＳＰ２６によって更新される。高
調波レベルＨＢおよびその差ＨＤはともに、最大値を１
とする１６ビットデータで表されている。この高調波レ
ベルＲＡＭ４８は、高調波次数ＲＡＭ４３と同様にタイ
マ、アドレスコントローラ３０から出力される、１サン
プリング周期内で０から２５５まで変化する時分割多重
処理用アドレス信号ＡＤに従ってデータを読み出す。

【００３４】乗算器４９は高調波レベルＲＡＭ４８から
読み出された差ＨＤとタイマ、アドレスコントローラ３
０から供給される時間軸補間用信号ＳＧＸ／１２８とを
乗算する。この信号ＳＧＸ／１２８は、０から２５マイ
クロ秒のサンプリング周期ごとに１／１２８づつ増加
し、１２７／１２８に達すると、ＤＳＰ２６の演算周期
３．２ｍｓ毎に０にリセットされるものである。加算器
５０は高調波レベルＲＡＭ４８から読み出されたレベル
値ＨＢと乗算器４９の出力とを加算することによって補
間を行う。このような補間演算を行うことにより、ＤＳ
Ｐ２６が各高調波のエンベロープデータの更新を行う間
隔を長くすることができる。

【００３５】フォルマントフィルタＲＡＭ５１は図１３
（ａ）に示すように、各音色毎に、２５６単位の各倍音
ブロック毎の最初の倍音のレベルＦＢと次の倍音ブロッ
クの最初の倍音レベルとの差ＦＤとを記憶している。こ
のフォルマントフィルタＲＡＭ５１には、アドレス情報
として高調波次数ＲＡＭ４３の出力の内の音色情報２ビ
ットと高調波次数情報の上位１４ビットの内の、さらに
上位８ビットが入力される。

【００３６】乗算器５２はフォルマントフィルタＲＡＭ
５１から読み出された差ＦＤと前記１４ビットのアドレ
ス情報の内の下位６ビットとを乗算する。加算器５３は
フォルマントフィルタＲＡＭ５１から読み出されたレベ
ル値ＦＢと乗算器５２の出力とを加算することによっ
て、高調波次数ＲＡＭ４３から読み出された実際の高調
波次数に従って補間を行う。

【００３７】加算器５３の出力であるフォルマントフィ
ルタ係数は乗算器５４によって、加算器５０の出力であ
るエンベロープデータと乗算される。乗算器５４の出力
は更に乗算器５５によって、加算器４７の出力である各
高調波の振幅データと乗算される。従って乗算器５５の
出力には、各高調波毎にエンベロープ制御され、更に音
色に対応してフォルマント制御された所望の音高の高調
波信号が得られる。この信号は３２チャネル×８個の時
分割多重信号である。

【００３８】次に、図６に従って、波形合成回路３１の
後半部分を説明する。図６の回路ブロックは大きく右用
と左用の２つに分けることができ、それぞれ同一の信号
処理を行うものであるので、以下図６上側の回路（左
用）について説明する。

【００３９】ラウドネスＲＡＭ６０は図１３（ｂ）に示
すように、左スピーカ用の各チャネル毎のラウドネス
（音量）レベルＬＢと、３．２ｍｓ後のラウドネスレベ
ルとの差ＬＤとを記憶している。レベル値はＣＰＵ２０
からＤＰＲＡＭ２９を介して転送された、各キーコード
に対応するベロシティ（押鍵の強さあるいは速度）、音
色ＶＯＬ（音色対応のボリューム）、トータルＶＯＬ
（全体のボリューム）、ＲＯＭｄ２７に記憶された音色
毎の定位を表すパン情報とで決定される。このパン情報
は音色毎に、キーのベロシティと対応した表として記憶
されており、例えばベロシティが小さい時には右寄りに
なり、大きくなるにつれて左寄りの定位となるように制
御することも可能である。ラウドネスＲＡＭ６０は、前
記時分割多重処理用アドレス信号ＡＤの上位５ビットを
アドレスとして、前記レベル値ＬＢ及び差ＬＤを読み出
す。

【００４０】乗算器６２はラウドネスＲＡＭ６０から読
み出された差ＬＤとタイマ、アドレスコントローラ３０
から供給される時間軸補間用信号ＳＧＸ／１２８とを乗
算する。この信号ＳＧＸ／１２８は、前述したように０
から２５マイクロ秒のサンプリング周期ごとに１／１２
８づつ増加し、１２７／１２８に達するとＤＳＰ２６の
演算周期３．２ｍｓ毎に０にリセットされるものであ
る。加算器６４はラウドネスＲＡＭ６０から読み出され
たレベル値ＬＢと乗算器６２の出力とを加算することに
よって時間軸における補間を行う。乗算器６６は図５の
乗算器５５の出力である各高調波信号と加算器６４の出
力とを乗算し、各チャネル毎にボリューム制御された左
スピーカ用時分割多重信号が得られる。

【００４１】加算器６８は乗算器６６の出力信号と累算
ラッチ７０の出力信号とを加算する。累算ラッチ７０は
加算器６８の出力をクロックＣＫＸの立ち下がりによっ
てラッチする。クロックＣＫＸはチャネルの各高調波演
算周期と一致しており、この回路により、３２チャネル
×８個＝２５６個の高調波振幅データを累算する。また
リセット信号ＣＫＺによって、図７に示すタイミングで
リセットされる。

【００４２】ラッチ７２は、累算ラッチ７０で累算され
た左スピーカ用楽音信号を、図７に示すタイミングでラ
ッチする。出力ゲートラッチ７４は、電源投入時のＤＳ
Ｐ２６の初期化中にノイズが発生しないように、ラッチ
７２の値をクリヤするためのものである。ラッチ７２の
出力は左スピーカ用Ｄ／Ａ変換器３２に出力される。以
上の回路により左スピーカ用信号が合成される。また右
スピーカ用信号も同様の処理により合成される。

【００４３】つぎに回路動作のタイミングについて説明
する。図７はＤＳＰ２６及び波形合成回路３１の主要な
タイミングを示す図である。ＤＳＰ２６はタイマ、アド
レスコントローラ３０から１０ｋＨｚ（周期１００マイ
クロ秒）の割り込み信号を受ける度に、１つのチャネル
のパラメータ更新処理を行う。この割り込み処理は１０
０マイクロ秒以内に終了するので、次の割り込みまでの
間はメイン処理を行う。従って各チャネルは３．２ｍｓ
毎に更新されることになる。またタイマ、アドレスコン
トローラ３０から出力される補間用信号ＳＧＸはＤＳＰ
の更新周期３．２ｍｓをサンプリング周期２５マイクロ
秒（４０ｋＨｚ）で割った１２８タイムスロットの各タ
イムスロット毎に１づつカウントアップする信号であ
る。

【００４４】１サンプリング周期（２５マイクロ秒）は
３２チャネル分のタイムスロットに分割され、１チャネ
ル分のタイムスロット（０．７８マイクロ秒）は更に８
個の高調波演算タイムスロットに分割されている。従っ
て１高調波演算タイムスロットは９７．７ナノ秒とな
る。このタイムスロットは１サンプリング周期に２５６
個存在する。

【００４５】クロックＣＫＸはこの最小単位に同期した
信号であり、時分割処理用アドレス信号ＡＤはこのクロ
ックＣＫＸを２５５までカウントする信号である。信号
ＣＫＹは各サンプリング周期の初めに短いパルスが存在
し、これによって図６の、２５６個の高調波データを累
算した累算ラッチ７０、７１の出力が、ラッチ７２、７
３にラッチされる。信号ＣＫＺは前記ラッチの直後に累
算ラッチ７０、７１をクリヤするためのものである。

【００４６】次に、ＣＰＵ２０およびＤＳＰ２６の動作
を説明する。図８はＣＰＵ２０のメイン処理を示すフロ
ーチャートである。ステップＳ１においては、表示装
置、ＲＡＭｃ、ＤＰＲＡＭ等の内容を初期化する。ステ
ップＳ２においては、パネルのスイッチ等をスキャン
し、状態データを取り込む。ステップＳ３においては、
音色スイッチ、ボリューム等の状態に変化があったか否
かが、１つ前の状態データと比較することにより調べら
れ、もし状態変化があった場合にはステップＳ４に移行
する。ステップＳ４においては、音色コード、ボリュー
ム値等対応するデータをＤＰＲＡＭに転送すると共に、
表示を更新する。

【００４７】ステップＳ５においては、調設定に変化が
あったか否かが調べられ、もし変化があった場合にはス
テップＳ６に移行し、新たな調コードをＤＰＲＡＭに転
送する。ステップＳ７においては、ＴＵＮＥに変化があ
ったか否かが調べられ、変化があった場合にはステップ
Ｓ８に移行し、新たなＴＵＮＥデータをＤＰＲＡＭに転
送する。

【００４８】ステップＳ９においては、キーボードスキ
ャンならびにシーケンサスキャンが行われる。シーケン
サスキャンとは、ＲＯＭまたはＲＡＭ上のシーケンサ曲
データ中から現在演奏すべきキー情報をスキャンするこ
とである。ステップＳ１０においては、キースイッチの
状態に変化があったか否かが調べられ、変化があった場
合にはステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１にお
いては、変化がキーオンであるか否かが調べられ、キー
オンである場合にはステップＳ１２に移行し、そうでな
い場合、即ちキーオフである場合にはステップＳ１３に
移行する。

【００４９】ステップＳ１２においては、既にキーオン
状態の鍵が２４音あるか否かを調べ、２４音ある場合に
は、当ステップの処理を終了する。しかし２３音以下の
場合には、キーコード、ベロシティ、音色グループ等の
キーオンデータをＤＰＲＡＭに転送する。ステップＳ１
３においては、ＤＰＲＡＭ内に対応するキーオンデータ
があるか否かを調べ、あった場合には該データをキーオ
フに設定する。

【００５０】ステップＳ１４においては、各音色につい
てビブラートが指定されているか否かを調べ、指定され
ている場合には、ステップＳ１５に移行し、ＤＰＲＡＭ
内の対応する音色のビブラート制御データを更新する。
ステップＳ１６においては、各音色について、スライデ
ィングフォルマントフィルタが移動中であるか否かが調
べられ、移動中である場合にはステップＳ１７に移行
し、ＤＰＲＡＭ内の音色フィルタのレベル、カットオ
フ、Ｑのパラメータを更新する。これらのパラメータは
図１４に示すようにフォルマントフィルタの特性を決定
する。ステップＳ１６または１７の処理が終了するとス
テップＳ２に戻り、処理を繰り返す。なお、ＣＰＵ２０
の割り込み処理も、タイマ、アドレスコントローラ３０
からの割り込み信号により定期的に行われているが、説
明は省略する。

【００５１】図９、図１０はＤＳＰ２６のメイン処理を
示すフローチャートである。電源が投入されると、ステ
ップＳ２０においては、出力ゲートラッチ７４に１をセ
ットし、ラッチ７２、７３をクリヤする。ステップＳ２
１においては、全チャネルのラウドネスを０に設定す
る。ステップＳ２２においては、補間演算出力値が完全
に０になるように、３．２ｍｓ待つ。ステップＳ２３に
おいては、出力ゲートラッチ７４に０を設定し、動作可
能な状態にする。以上の処理は電源投入時にノイズが出
ないようにするためのものである。

【００５２】ステップＳ２４においては、ＤＰＲＡＭ内
の音色コードに変化があったか否かが調べられ、変化が
あった場合にはステップＳ２５に移行する。ステップＳ
２５においては、ＲＯＭｄ２７から対応する高調波エン
ベロープデータを読み出す。ステップＳ２６において
は、読み出したデータをＲＡＭｄ２８に格納する。なお
この場合に高調波エンベロープデータを圧縮してＲＯＭ
に格納しておき、解凍（伸張）してからＲＡＭｄ２８に
格納するようにすればＲＯＭｄの容量を削減する事が出
来る。

【００５３】ステップＳ２７においては、キーデータに
変化があったか否かが調べられ、変化があった場合には
ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８において
は、変化がキーオンであるか否かが調べられ、キーオン
である場合にはステップＳ３０に移行し、そうでない場
合、即ちキーオフである場合にはステップＳ２９に移行
する。ステップＳ２９においては、対応するチャネルに
オフフェーズフラグを立てる。

【００５４】ステップＳ３０においては、キーコードと
音色に基づいて使用する発音チャネル数Ｍを決定する。
例えばＴＩＢＩＡ ＤＲＡＷＢＡＲ音色であれば、基本
波、２、３、４、５、８、１０、１６倍音があれば十分
であり、１チャネルは８個の高調波を発生することが可
能であるから、１キーにつき１チャネルで足りる。ま
た、ギターのような音色であれば、基本波から２４倍音
程度までの高調波を必要とするので、１キーにつき３チ
ャネル必要となるが、高域においては高調波が可聴音域
を越えるので、１６倍音も必要とせず、Ｃ６以上は１キ
ーにつき２チャネルで十分である。

【００５５】ピアノ音には６４倍音以上を必要とし、そ
の上、高調波は基本波の整数倍よりも少し高めになる。
従って、前述した高調波次数を求める式は以下のように
プラスαを加え、非整数倍音を構成するようにする。

【００５６】 ＳＨＭｎ＝ＳＨＭ１×ＴＨＭｎ＋ＶＩＢ＋α 。

【００５７】ピアノ音で１キーに対して６４倍音まで出
すためには８チャネルが必要である。但しこの８チャネ
ルの内、２〜３チャネルは発音開始後０．５秒程度で−
６０ｄＢ以下に落ち込んでしまう「コツン」というよう
な棚板のたたかれる音であり、すぐにつぎの発音に利用
することができる。

【００５８】ステップＳ３１においては、現在Ｍ個のチ
ャネルが空いているか否かが調べられ、空いている場合
にはステップＳ３２に移行するが、空いていない場合に
はステップＳ３３に移行する。ステップＳ３２において
は、空いているＭ個のチャネルにＲＥＱフラグを立て
る。ステップＳ３３においては、不足分について、現在
発音中のチャネルの中から発音終了の間近いチャネルを
検出し、それらのチャネルのラウドネスを０に設定し、
高速リリース中であることを示すフラグを立てておく。
このように高速リリースを設定すると、３．２ｍｓ後に
は該チャネルは空き状態となる（以下図１０に続く）。

【００５９】ステップＳ３４においては、ＤＰＲＡＭ内
の音色ボリューム値に変化があったか否かが調べられ、
変化があった場合にはステップＳ３５に移行する。ステ
ップＳ３５においては、該音色に対応するチャネルのボ
リューム値を更新する。この値は後述する割り込み処理
によってラウドネス値に変換され、ラウドネスＲＡＭ６
０、６１に転送される。

【００６０】ステップＳ３６においては、ビブラート値
に変化があったか否かが調べられ、変化があった場合に
はステップＳ３７に移行する。ステップＳ３７において
は、対応するチャネルの高調波次数バイアス値を更新す
る。

【００６１】ステップＳ３８においては、音色フィルタ
値に変化があったか否かが調べられ、変化があった場合
にはステップＳ３９に移行する。ステップＳ３９におい
ては、ＤＰＲＡＭ内の音色フィルタパラメータに基づい
て、フォルマントフィルタ係数を演算し、フォルマント
フィルタＲＡＭ５１にセットする。

【００６２】ステップＳ４０においては、トータルボリ
ューム値に変化があったか否かが調べられ、変化があっ
た場合にはステップＳ４１に移行する。ステップＳ４１
においては、全チャネルのボリューム値を更新する。

【００６３】ステップＳ４２においては、調コードある
いはＴＵＮＥ値に変化があったか否かが調べられ、変化
があった場合にはステップＳ４３に移行しＦナンバを更
新する。以上の処理が終了すると、再びステップＳ２４
に戻り、処理を繰り返す。

【００６４】図１１はＤＳＰ２６の割り込み処理を示す
フローチャートである。この割り込み処理は図７に示す
ように、１００マイクロ秒毎に起動され、１つのチャネ
ルにつてのチャネルアサイン処理またはパラメータ更新
処理を行う。ステップＳ５０においては、チャネルＮに
関して図５の高調波レベルＲＡＭ４８の値を参照し、全
ての高調波レベルが−６０ｄＢ以下であるか否かによっ
てチャネルＮが空きであるか否かが判断され、空きであ
る場合にはステップＳ５１に移行し、空きでない場合に
はステップＳ５５に移行する。

【００６５】ステップＳ５１においては、ＲＥＱフラグ
が立っているか否かが調べられ、立っていなければ割り
込み処理を終了するが、立っている場合にはステップＳ
５２に移行する。ステップＳ５２においては、ＲＥＱフ
ラグを消し、チャネルＮの高調波レベルとしてアタック
部分を設定し、高調波レベルＲＡＭ４８にセットする。

【００６６】ステップＳ５３においては、チャネルＮの
ボリューム値、対応音色のパン情報からラウドネス値を
作成して図６のラウドネスＲＡＭ６０、６１にセットす
る。ステップＳ５４においては、調コード、対応音色の
ビブラート情報から高調波次数のバイアス値を計算し、
チャネルＮの８個の高調波次数を図５の高調波次数ＲＡ
Ｍ４３にセットする。

【００６７】ステップＳ５０においてチャネルＮが空き
でなかった場合にはステップＳ５５に移行し、ステップ
Ｓ５５においては、チャネルＮが高速リリース中である
か否かが調べられ、そうである場合には割り込み処理を
終了するが、高速リリース中でない場合にはステップＳ
５６に移行する。ステップＳ５６においては、チャネル
Ｎのオフフェーズフラグが立っているか否かが調べら
れ、立っている場合にはステップＳ５８に移行するが、
立っていない場合にはステップＳ５７に移行する。

【００６８】ステップＳ５７においては、対応音色のエ
ンベロープデータに従って、高調波レベルＲＡＭ４８内
のチャネルＮの高調波レベル値を３．２ｍｓ後の値に更
新する。またステップＳ５８においては、チャネルＮの
高調波レベルをリリース状態に設定する。ステップＳ５
９においては、チャネルＮのラウドネス値を３．２ｍｓ
後の値に更新し、図６のラウドネスＲＡＭ６０、６１に
セットする。ステップＳ６０においては、チャネルＮの
高調波次数を３．２ｍｓ後の値に更新し、図５の高調波
次数ＲＡＭ４３にセットする。

【００６９】以上、実施例を説明したが、つぎに他の実
施例について説明する。前記実施例においては、メモリ
から読み出した現在値と差分値のパラメータを乗算器と
加算器によって補間演算している箇所が５箇所あり、更
にその出力を乗算器によって乗算している箇所も４箇所
ある。これら構成が同じ回路について、高速な回路を用
いて、全部あるいは一部の演算を時分割処理することが
可能である。この場合、各パラメータ用のＲＡＭとして
は、入力アドレス信号を切り替えるようにすれば１つの
大きなＲＡＭを用いることができる。

【００７０】図１６は、前記実施例における２つの補間
回路および乗算回路を、１つの回路で時分割多重処理す
るための構成を示すブロック図である。以下この回路に
よって高調波レベルの補間演算とフォルマントフィルタ
係数の補間演算とを時分割多重処理する例を示す。

【００７１】セレクタ８０は信号ＳによりＲＡＭ８１に
出力するアドレス信号ＡＤ１、ＡＤ２を切り替える。こ
こでＡＤ１は時分割多重処理用アドレス信号ＡＤであ
り、ＡＤ２は高調波次数ＲＡＭ４３から出力される、音
色および次数データである。信号Ｓは処理を切り替える
ための信号であり、例えば処理に割り当てられた時間の
前半は０後半は１となるような信号である。

【００７２】ＲＡＭ８１は図示していないが、ＤＳＰか
らバスを介してデータの書き込みが可能であり、それぞ
れの処理に必要な高調波レベルおよびフォルマントフィ
ルタ係数の初期値および差分値データを記憶している。
アドレスとしては、信号Ｓとセレクタ８０の出力が接続
されており、信号Ｓで指定された種類の初期値および差
分値データを出力する。

【００７３】セレクタ８２は補間位置を表すアドレス信
号ＡＤ３とＡＤ４を切り替え出力する。ここでＡＤ３は
ＳＧＸ／１２８、ＡＤ４は高調波次数データの下位ビッ
トである。乗算器８３はＲＡＭ８１から出力される差分
値とセレクタ８２の出力とを乗算する。加算器８４はＲ
ＡＭ８１から読み出された初期値と、乗算器８３から出
力される補間データとを加算する。

【００７４】乗算器８５は加算器８４の出力とセレクタ
８７の出力とを乗算する。ラッチ８６は各処理に割り当
てられた時間の最後（信号Ｓの変化点）で乗算器８５の
出力をラッチする。初めの処理である高調波レベルの補
間演算時には乗算器８５は不要であるので、セレクタの
入力にデータ１を与え、加算器８４の出力がそのままラ
ッチ８６にラッチされるようにする。また次の処理時に
はラッチ８６の出力をセレクタ８７に接続し、初めの処
理結果データが乗算器８５に入力される。

【００７５】ここでは２多重の例を示したが、回路の動
作速度が許せば、振幅データの補間までの３多重あるい
はラウドネスまでの５多重の処理も可能である。また、
図６の加算器６８、６９以降、Ｄ／Ａ変換器３２、３３
までの回路も左右のチャネルで同じ構成になっており、
１つの回路で時分割多重処理することも可能である。

【００７６】以上、実施例を詳細に説明したが、以下に
示すような変形例も考えられる。上記実施例では波形合
成回路のパラメータとして現在値Ｂと、この現在値Ｂと
つぎの値Ｂ’との差分値Ｄを記憶しているが、例えば現
在値とつぎの値を記憶するようにしてもよいし、現在値
と（差分値／補間ステップ数）とを記憶してもよい。

【００７７】振幅等のデータはリニアな固定小数点デー
タを用いる例を示したが、例えば浮動小数点表示あるい
は対数表示のデータを用いることも可能である。これら
の場合には乗算器の代わりに加算器を用いることができ
る（浮動小数点表示の場合は近似値となる）が、対数符
号器や対数復号器が必要となる。図１６の例についてい
えば、Ｊ、Ｌ点に対数符号器（ＲＯＭ等を用いてリニヤ
な数値表現を対数表現に変換するデコーダ）を挿入し、
またＫ点に対数復号器を挿入すれば、乗算器８３、８５
を加算器に置き換えることが可能である。なおこの場合
ＲＡＭ内の差分値は対数表現のデータを記憶させてお
く。

【００７８】サイン波形メモリ４５については、複数波
形を記憶したＲＯＭを用いる、あるいはＲＡＭにして任
意の波形を書き込めるようにすれば、より豊富な音色を
発生させることができ、また同じ音色をより少ないチャ
ネル数で発生させることが可能となる。この場合でも波
形メモリ内の１周期のサイン波形の整数倍の高調波成分
のみから構成される信号波形を用いれば位相の整合性は
保たれる。更に、楽音波形そのものを波形メモリに書き
込むことによって、前記実施例と同じ回路構成で波形読
み出し方式の楽音発生回路として使用することも可能で
ある。

【００７９】発音する高調波数については、３２チャネ
ル×８個の実施例を示したが、チャネル数および１つの
チャネルの高調波数は、楽器の性能、回路の動作速度、
制御の容易性等を考慮して任意に決定できるものであ
り、２５６個の発音単位を独立に制御するようにしても
よい。

【００８０】なお上記実施例では純正律音階を用いた例
を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
１２平均律音階においても、基本周波数をなるべく低く
設定し、各鍵盤に対応する音高に最も近い倍音次数を選
択することによって、その誤差は十分実用に耐え得る範
囲内に収まる。従ってパネルから純正律と１２平均律を
切り替えて使用出来るようにすることも可能である。

【００８１】基本周波数と高調波次数との関係も、上記
実施例のように高調波次数が整数となるような関係に限
らず、例えば基本周波数を５５Ｈｚとし、Ｃ２（６６Ｈ
ｚ）の高調波次数を１．２０としても乗算器４４の乗算
結果は上記実施例と同じとなり、全く同様の処理が可能
である。（実際の演算は２進で行われているので、実施
例の基本周波数×２のｎ乗の高調波を基本周波数に選ん
でも同じ処理が可能となる。）処理装置としては、ＣＰ
ＵとＤＳＰの２個を用いた例を示したが、より処理能力
の高いＣＰＵ１個で全てを処理することも可能であり、
逆により能力の低いＤＳＰを複数個用いてもよい。

【００８２】

【発明の効果】 以上述べたように、本発明の方式によ
れば、ＤＳＰが演算可能な周期で、各高調波の周波数、
エンベロープ、フィルタ係数等をリアルタイムに制御可
能であるばかりでなく、音色や音高によって最適な発音
チャネル数を確保し割当てることができるので、非常に
融通性に富んだ波形合成装置が得られるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 基本周波数と楽音の高調波の関係を示す図で
ある。

【図２】 純正律音階の周波数比率を示す図である。

【図３】 本発明の楽音発生部の概略を表すブロック図
である。

【図４】 電子楽器全体の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】 波形合成回路の詳細な構成を示すブロック図
（１）である。

【図６】 波形合成回路の詳細な構成を示すブロック図
（２）である。

【図７】 ＤＳＰ及び波形合成回路の主要なタイミング
を示す図である。

【図８】 ＣＰＵのメイン処理を示すフローチャートで
ある。

【図９】 ＤＳＰのメイン処理を示すフローチャート
（１）である。

【図１０】 ＤＳＰのメイン処理を示すフローチャート
（２）である。

【図１１】 ＤＳＰの割り込み処理を示すフローチャー
トである。

【図１２】 各種メモリ内のデータ構造を示すメモリマ
ップ(1) である。

【図１３】 各種メモリ内のデータ構造を示すメモリマ
ップ(2) である。

【図１４】 フォルマントフィルタの特性を示す図であ
る。

【図１５】 ビブラート波形を示す波形図である。

【図１６】 補間回路の他の実施例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１…基本周波数発振器、２、３、８、９…乗算器、４、
５、１０、１１…ラッチ、６、７…波形メモリ、１２…
加算器 ２０…ＣＰＵ、２１、２７…ＲＯＭ、２２、２８…ＲＡ
Ｍ、２３…Ｉ／Ｏポート、２４…キーボード、２５…パ
ネル、２６…ＤＳＰ、２９…ＤＰＲＡＭ、３０…タイ
マ、アドレスコントローラ、３１…波形合成回路、３
２、３３Ｄ／Ａ変換器、３４、３５…サンプルホール
ド、アンプ回路、３６、３７…スピーカ、３８…バス

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】楽音発生情報に基づき、サンプリング周期
   より長い周期で、同時発音させる複数チャネルの楽音発
   生パラメータを更新する制御手段と、 サンプリング周期毎に、前記楽音発生パラメータの補間
   演算を行なう補間手段と、 前記補間手段の出力に基づいて、前記複数チャネル分の
   楽音信号を発生する楽音信号発生手段と、 前記複数チャネル分の楽音信号を加算する波形合成手段
   と、 選択された音色および発音すべき音高の少なくとも一方
   の情報に基づいて、これに対応する楽音の発生に必要な
   倍音の数を決定する手段とを具備し、前記複数チャネルのそれぞれは複数の倍音を発生するこ
   とができ、 前記制御手段は前記の必要倍音数に応じた数のチャネル
   を割当てることを特徴とする電子楽器。
2. 【請求項２】前記の割当てられるチャネルの数は、前記
   必要倍音数を充足するのに必要な最小数であることを特
   徴とする請求項１に記載の電子楽器。
3. 【請求項３】現在の空きチャネル数が、前記の必要な最
   小数よりも少ない場合は、現在発音中のチャネルの内の
   発音終了の間近いチャネルのラウドネスをゼロに設定す
   る手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の電子楽器。
4. 【請求項４】前記ラウドネスをゼロに設定されたチャネ
   ルにはさらに、高速リリース中であることを示すフラグ
   が立てられることを特徴とする請求項３に記載の電子楽
   器。
5. 【請求項５】前記パラメータは初期値と差分値とから構
   成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
   れかに記載の電子楽器。
6. 【請求項６】前記補間手段は、１つの演算処理手段に異
   なるパラメ−タを与えて時分割多重動作させることを特
   徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子楽
   器。
7. 【請求項７】前記パラメータは高調波レベル、フォルマ
   ントフィルタ特性、高調波次数、左右のラウドネス情報
   の内のいずれかであることを特徴とする請求項５または
   ６に記載の電子楽器。