JP3018659B2 - 楽音波形合成装置 - Google Patents

楽音波形合成装置

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JP3018659B2 JP3271183A JP27118391A JP3018659B2 JP 3018659 B2 JP3018659 B2 JP 3018659B2 JP 3271183 A JP3271183 A JP 3271183A JP 27118391 A JP27118391 A JP 27118391A JP 3018659 B2 JP3018659 B2 JP 3018659B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複数のスペクトルか
ら楽音波形を合成する楽音波形合成装置に関し、特に該
楽音波形合成装置における持続音の合成方式の改良に関
する。
【0002】
【従来の技術】電子楽器における楽音信号形成方式は従
来より種々提案されている。そのうち主なものに、FM
方式音源や波形メモリ方式音源がある。FM方式音源は
複数の基本信号を種々のアルゴリズム,強度で合成(周
波数変調)して楽音波形データを形成する方式である。
波形メモリ方式は自然楽器の楽音等を時系列にメモリに
記憶しておき、発音する際にはこれを順次読み出して楽
音波形データを形成する方式である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】FM方式音源ではパラ
メータを調整することよって種々に柔軟に波形を制御す
ることができるが、意図した音色に波形を制御すること
が難しく自然楽器の再現性が悪かった。また、波形メモ
リ方式の音源は自然楽器の楽音の再現性が良いが波形の
加工が困難であり音色に変化をつけることができなかっ
た。さらに、波形メモリ方式の音源では、記憶できる波
形データの長さが限られるため、長い持続音を発音する
場合にはループが必要となるが、この接続の切れ目が不
自然になる欠点があった。
【0004】この発明は、自然楽器の音色の再現性がよ
く、且つ、自然な持続音を合成できる楽音波形合成装置
を提供することを目的とする。
【0005】請求項1の発明は、楽音波形を構成する複
数のスペクトルの周波数データおよび強度データをフレ
ームデータとし複数のフレームデータを時系列に記憶し
た記憶手段と、前記フレームデータに基づいて楽音波形
を合成する合成手段と、前記記憶手段からフレームデー
タを順次読み出して合成手段に供給する読出手段と、を
備え、前記読出手段は、読み出したフレームデータがル
ープ終了点のフレームデータになったとき、次に読み出
すフレームデータを該ループ終了点よりも手前のループ
開始点のフレームデータに設定する手段を含み、該ルー
プ開始点のフレームデータおよびループ終了点のフレー
ムデータは、両フレームデータの複数のスペクトルの少
なくとも強度データを比較することによって決定された
ものであることを特徴とする。請求項2の発明は、楽音
波形を構成する複数のスペクトルの周波数データおよび
強度データをフレームデータとし、複数のフレームデー
タを時系列に記憶した記憶手段と、前記フレームデータ
に基づいて楽音波形を合成する合成手段と、前記記憶手
段からフレームデータを順次読み出して合成手段に供給
する読出手段と、を備え、前記読出手段は、所定のフレ
ームデータで折り返しながらフレームデータを順方向お
よび逆方向に順次読み出す手段を含み、前記所定のフレ
ームデータは折り返し毎にランダムに変更されることを
特徴とする。請求項の発明は、前記読出手段は、順次
読み出した2つのフレームデータを補間しながら前記合
成手段に供給する手段であることを特徴とする。請求項
の発明は、入力された楽音波形から複数のスペクトル
を抽出し、該抽出された複数のスペクトルからその周波
数データおよび強度データを分析し、該分析された周波
数データおよび強度データをフレームデータとして前記
記憶手段に書き込む分析手段を備えたことを特徴とす
る。
【0006】
【作用】この発明の楽音波形合成装置は、楽音波形を構
成する複数のスペクトルの周波数データおよび強度デー
タからなる複数のフレームデータを時系列に記憶してい
る。音波形を合成するときには、読出手段が前記フレ
ームデータを順次合成手段に入力する。これによって、
波形メモリと同様の再現性のよい楽音波形データを形成
することができる。且つ、分析パラメータは自由に調整
することができるため、楽音の加工も容易である。
【0007】さらに、長時間継続して楽音波形が合成
れる場合には、ループ終了点からループ開始点へジャン
プし、ループ開始点からループ終了点を繰り返し読み出
すようにした。ループ開始点のフレームデータとループ
終了点のフレームデータは、複数のスペクトルの少なく
とも強度データを比較することによって決定される(後
述の〔数1〕〜〔数4〕参照)。このように、複数のス
ペクトルを比較してループ開始点とループ終了点を決定
するため、従来の波形データの繰り返しよりもデータの
連続性を保つことができ自然な持続音を形成することが
できる。また、この発明によればフレームデータを折り
返して読み出すことにより、フレームデータの連続性を
維持することができ、自然な持続音を形成することがで
きる。
【0008】
【実施例】図1はこの発明が適用される分析合成系音源
の基本回路のブロック図である。
【0009】この音源は、分析部1,記憶部2,補間部
3,シフト部4,合成部5を有している。図2に分析部
1の構成を示す。分析部1は複数(128個)のバンド
パスフィルタ(BPF)を並列に接続した構成になって
いる。各BPFは0〜127チャンネルのチャンネルナ
ンバで識別される。各BPFのバンド幅は125Hzで
あり、そのろ過帯域は、0チャンネル:0〜125H
z、1チャンネル:125〜250Hz、3チャンネ
ル:250〜375Hz……であり、0Hzから16k
Hzまで順に並べられている。さらに、このBPFはF
FT機能を有しており、BPFを通過するスペクトルの
周波数データおよび強度データMagを検出することが
できる。周波数はバンド中心周波数からのずれとして検
出されるが、このずれをバンド中心周波数に加算するこ
とにより絶対値の周波数データFreqが得られる。分
析部1は上記のようにBPFバンクで構成できるほか、
高速のFFTアナライザを用いて実現することもでき
る。さらにチャンネル数は128チャンネルに限らず、
バンド幅も125Hzに限定されるものではない。
【0010】この分析部1にはPCM波形データが入力
される。PCM波形データは32kHzのサンプリング
クロックでサンプリングされたものである。分析部1は
連続する2048サンプルを1組のデータ(1フレー
ム)として扱う。ただし、各フレームは64サンプルづ
つのずれでオーバーラップしている(図3参照)。1フ
レーム分のサンプリングデータが分析部1に入力された
とき、各チャンネルはそのフレームの周波数データFr
eqと強度データMagとを分析出力する。
【0011】記憶部2は、各チャンネルの周波数データ
m n と強度データMm n を各フレームごとにテーブル
化して記憶している(図4)。1波形データに対応する
複数フレームのテーブル群をボイスデータという。各音
色に対応してこのボイスデータが記憶されている。ま
た、マルチサンプリング(音域や強度別に1音色の複数
波形を記憶する方式)の場合には、1音色に複数のボイ
スデータが含まれることになる。
【0012】以上の分析部1による波形データの分析
(ボイスデータ化)および記憶部2への記憶が、演奏以
前に行われる前処理となる。
【0013】補間部3は、ボイスデータを読み出して波
形データを形成するとき各サンプリングクロックのデー
タを形成する回路部である。すなわち、フレームデータ
は64クロックごとに出力されるが、各フレーム間の6
3サンプリングタイミングにおける周波数データ,強度
データをその前後のフレームデータから直線補間して算
出する(図5参照)。補間は各チャンネルごとに同一チ
ャンネルのデータを用いて行われる。算出されたデータ
はシフト部4に出力される。
【0014】シフト部4は鍵盤等で指定された音高(周
波数)の楽音を発音するために、周波数データのみをシ
フトする回路である。サンプリングした波形データの周
波数と指定された周波数とに基づいてシフト量が決定さ
れる。なお、マルチサンプリングにより全ての鍵(音
高)に対応するボイスデータを有する場合はこのシフト
処理は不要となる。
【0015】合成部5は各チャンネルごとの周波数デー
タ,強度データを合成して1個の波形データを合成する
回路である。合成は逆FFT合成を用いてもよく、加算
合成を用いてもよい。なお、逆FFT合成を用いる場合
は補間部は不要になる。
【0016】記憶部2に記憶されているボイスデータを
読み出して、各チャンネルごとに補間−シフトしたの
ち、合成することにより楽音波形データが形成される。
したがって、記憶部2−補間部3−シフト部4−合成部
5の動作は演奏時のリアルタイム動作となる。
【0017】以上の方式の分析合成音源は、自然楽器等
実際の音をサンプリングして電子音を形成することがで
きるとともに、そのサンプリング波形データに対する加
工も大幅に可能にしたものである。
【0018】図6はこの発明の実施例である分析合成系
音源における記憶部2,補間部3付近の構成を示す図で
ある。補間回路3′にはカウンタ10が接続されてい
る。記憶回路2′にはフレーム進行制御部11が接続さ
れている。カウンタ10は64進カウンタであり、サン
プリングクロックでカウントアップされる。そのカウン
ト値は補間回路3′に入力され、CARRY信号はフレ
ーム進行制御部11に入力される。図7はフレーム進行
制御部11の構成を示す図である。フレーム進行制御部
11は記憶回路2′が出力するフレームデータを指定す
る回路部である。
【0019】フレームカウンタ20は前記カウンタ10
のCARRY信号によってカウントアップされる。カウ
ント値は記憶回路2′に対する次のフレームナンバとな
る。フレームカウンタ20の出力は直接記憶回路2′に
次フレームナンバとして供給されるとともに、1段のデ
ィレイ回路(シフトレジスタ)22に供給される。ディ
レイ回路22は現在のフレームナンバを記憶回路2′に
出力する。フレームカウンタ20のリセット端子にはキ
ーオンパルスKONPが入力され、プリセット端子には
ループスタートフレームナンバが入力される。また、ロ
ード端子には比較回路21が接続されている。比較回路
21にはループエンドフレームナンバおよびフレームカ
ウンタ20の出力が入力される。比較回路21はフレー
ムカウンタ20の値がループエンドフレームナンバと等
しくなったときフレームカウンタ20に対してLOAD
信号を出力する。これにより、キーオン時にはKONP
が出力されてフレームカウンタ20がリセットされ、0
フレームから読み出しがスタートする。ループエンドフ
レームナンバまで読み出したとき、比較回路21が出力
するLOAD信号によりループスタートフレームナンバ
がプリセットされ、この値からカウントが再開される。
キーオンが継続している限りこの動作が繰り返し実行さ
れる。
【0020】ループスタートフレームナンバおよびルー
プエンドフレームナンバはボイスごとに常に一定でもよ
く、ボイス毎にそのナンバが変更されてもよい。また、
上記実施例では常に順次読み出しをしているが、順次読
み出しの次に逆読み出しをする(ミラーループ)ように
してもよい(図9())。さらにその際、ループ毎にル
ープスタート/エンドフレームナンバを変更する(ラン
ダムミラー)ようにしてもよい(図9())。
【0021】ただし、ループ区間はなだらかに接続され
るようにする必要がある。このため、次の評価関数を極
小にするようなフレームi,jをそれぞれスタート,エ
ンドフレームとする。
【0022】強度データのみを用いて評価する場合
【0023】
【数1】
【0024】強度データと周波数データの双方を用い
て評価する場合
【0025】
【数2】
【0026】強度データを用い、複数フレームの幅で
評価する場合
【0027】
【数3】
【0028】強度データと周波数データの双方を用
い、複数フレームの幅で評価する場合
【0029】
【数4】
【0030】,の方式は周波数が変化する楽音のと
きに効果的であり、特にの方式はビブラートのある楽
音のときに効果的である。
【0031】
【発明の効果】以上のようにこの発明では、自然楽器等
の楽音の再現性のよい音源装置を提供することができる
とともに、その音源において持続音を的確に形成するこ
とができる。すなわち、複数のスペクトルの少なくとも
強度データを比較してループ開始点とループ終了点を決
定することにより、および、フレームデータを折り返し
て読み出すようにしたことにより、ループ部分の楽音変
化が急激でなく自然である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用される分析合成系音源の構成を
示す図
【図2】同分析合成系音源の分析部の構成を示す図
【図3】同分析合成系音源に入力されるPCM波形デー
タの例を示す図
【図4】同分析合成系音源の記憶部の記憶内容を示す図
【図5】同分析合成系音源の補間部の動作を説明する図
【図6】この発明の実施例である分析合成系音源の一部
構成を示す図
【図7】同分析合成系音源のフレーム進行制御部の構成
を示す図
【図8】同分析合成系音源のループを説明する図
【図9】同分析合成系音源におけるループ方式を説明す
る図
【符号の説明】
1−分析部、2−記憶部、3−補間部、4−シフト部、
5−合成部、10−カウンタ、11−フレーム進行制御
部、20−フレームカウンタ、21−比較回路、22−
ディレイ回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−66827(JP,A) 特開 昭61−88299(JP,A) 特開 昭63−289594(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10H 7/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 楽音波形を構成する複数のスペクトルの
    周波数データおよび強度データをフレームデータとし、
    複数のフレームデータを時系列に記憶した記憶手段と、 前記フレームデータに基づいて楽音波形を合成する合成
    手段と、 前記記憶手段からフレームデータを順次読み出して合成
    手段に供給する読出手段と、 を備え、 前記読出手段は、読み出したフレームデータがループ終
    了点のフレームデータになったとき、次に読み出すフレ
    ームデータを該ループ終了点よりも手前のループ開始点
    のフレームデータに設定する手段を含み、 該ループ開始点のフレームデータおよびループ終了点の
    フレームデータは、両フレームデータの複数のスペクト
    ルの少なくとも強度データを比較することによって決定
    されたものである楽音波形合成装置。
  2. 【請求項2】 楽音波形を構成する複数のスペクトルの
    周波数データおよび強度データをフレームデータとし、
    複数のフレームデータを時系列に記憶した記憶手段と、 前記フレームデータに基づいて楽音波形を合成する合成
    手段と、 前記記憶手段からフレームデータを順次読み出して合成
    手段に供給する読出手段と、 を備え、 前記読出手段は、所定のフレームデータで折り返しなが
    らフレームデータを順方向および逆方向に順次読み出す
    手段を含み、前記所定のフレームデータは折り返し毎に
    ランダムに変更される楽音波形合成装置。
  3. 【請求項3】 前記読出手段は、順次読み出した2つの
    フレームデータを補間しながら前記合成手段に供給する
    手段である請求項1または請求項2に記載の楽音波形合
    成装置。
  4. 【請求項4】 入力された楽音波形から複数のスペクト
    ルを抽出し、該抽出された複数のスペクトルからその周
    波数データおよび強度データを分析し、該分析された周
    波数データおよび強度データをフレームデータとして前
    記記憶手段に書き込む分析手段を備えた請求項1または
    請求項2に記載の楽音波形合成装置。
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