JP3120468B2 - 音階検出装置及びそれを用いた楽音発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願各発明は、楽器音や人声音等
を入力してピッチを抽出し、この抽出されたピッチが所
望の音階のピッチであるか否かの音階判定を行うととも
に、音階判定した音階音の状態を検出する音階検出装置
及びその判定結果に従って電子的に楽音を発生させる楽
音発生装置に関し、特に、複音（和音も含む）の入力に
対しても、十分対応できるようにするとともに、音階音
の発生状態や持続状態等の状態をも検出する音階検出装
置及び該音階検出装置の検出結果を用いた楽音発生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、楽器音や人声音などを入力し
てピッチを抽出して、音階判定を行い、その結果を楽譜
の形でプリントアウトしたり、一連の判定結果をコード
化して記録した後、別の楽器音として出力し、自動演奏
したりする技術が提案されている（特開昭５７−６９２
号、特開昭５８−９７１７９号等）。

【０００３】ところが、このような従来技術にあって
は、基本的に単音の入力にしか対応できず、複音（和音
も含む）の入力については何等検討されていないのが実
情である。

【０００４】そこで、和音入力に対して和音名を検出
し、和音名信号に応じて和音名表示を行うことが提案さ
れた（実開昭６０−２６０９１号）。

【０００５】しかし、この公開公報に開示されているも
のは、アナログバンドパスフィルタ回路を音階数分設
け、それぞれの出力のピークホールドをとり、レベル検
出回路でピークの大きいものから和音を構成する構成音
の候補とするというものである。

【０００６】このようなアナログフィルタを用いる技術
によると、外温の影響によって判定結果が変動したり、
安定でないという問題があり、また回路構成も大規模化
してしまい、大がかりになってしまうという欠点もあ
る。

【０００７】そこで、本出願人は、先に、入力される音
響信号が、単音であっても、また複音であっても、その
音響の音階を短時間で検出し、しかも回路的に小規模で
安定した動作をするディジタル化した音階検出装置及び
それを用いた電子楽器を提案している（特願平２−１２
３７８９号）。

【０００８】この音階検出装置は、基本的には、与えら
れる音響信号を表現するディジタル波形信号を順次記憶
する記憶手段と、この記憶手段に記憶される上記ディジ
タル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関す
る周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で
異なる特性のディジタルフィルタリングを順次行うディ
ジタル信号処理手段と、このディジタル信号処理手段に
て実行されたディジタルフィルタリングの結果に基づい
て、上記与えられる音響信号に含まれる１乃至複数の音
階音を検知する検知手段と、を具備し、音階音検出装置
を用いた電子楽器は、上記各手段の他に、該検知手段で
検知された１乃至複数の音階音に対応する楽音信号を所
定の音色をもって発生する楽音信号発生手段と、を具備
している。

【０００９】したがって、本出願人が先に出願した音階
検出装置によれば、信号処理をすべてディジタル処理す
ることができ、入力される音響信号が、単音であって
も、また複音であっても、音響の音階を短時間で検出
し、しかも回路的に小規模で安定した動作をさせること
ができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が先に出願した音階検出装置及びそれを用いた電子楽
器にあっては、まず、音階検出装置が、周波数スペクト
ルのレベルをディジタル信号処理手段によりディジタル
フィルタリング処理し、このディジタルフィルタリング
の処理結果によりエンベロープ値が所定基準値以上であ
ると、音階音として検出して、検出した音階音が、発音
用の音階音として現在割り当てられている音階音と相違
するときには、音階音を検出した時点で、発音用の音階
音として割り当て、現在発音用音階音として割り当てら
れている音階音が検出されなくなると、発音用の音階音
から削除する。しかしながら、音階検出装置が、音階音
を検出するとすぐ発音用の音階音として割り当て、電子
楽器が、発音用音階音として割り当てられた音階音に対
応する楽音を楽音信号発生手段により発生し、既に発音
用音階音として割り当てられている音階音が削除される
と、その音階音に対応する楽音の発生をすぐに停止した
のでは、楽音として好ましくない音を発生させる場合が
生じるおそれがあり、実演奏上の使用面において、なお
改良の余地があった。

【００１１】これは、すなわち、通常、楽音の立ち上が
り等音階が不安定な部分では、人間が聞いてその楽音の
主要な音階として感じる音階以外の音階も含まれてお
り、本出願人が先に出願した音階検出装置では、発音用
の音階音として現在割り当てられている音階音と相違す
るいかなる音階でも検出すると、その音階音を検出した
時点で、発音用の音階音として割り当ててしまうため、
この音階の楽音を電子楽器で発生すると、楽音として好
ましくない音を発生させるおそれがあった。

【００１２】また、本出願人が先に出願した音階検出装
置及びそれを用いた電子楽器にあっては、検出した音階
音をエンベロープ値の大きさに基づいて発音用の音階と
して割り当てるとともに、現在発音用音階音として割り
当てられている音階音が発生の不安定さから検出されな
くなると、発音用の音階音から自動的に削除していたた
め、発音用音階音として割り当てる優先順位の設定いか
んによっては、継続して発音されている音階音が存在し
ている場合であっても、発音用音階音から削除され、電
子楽器からの発音が停止されることがある。その結果、
実演奏上の使用面において改良の余地があった。

【００１３】そこで、本願各発明は、入力される音響信
号を、時分割でディジタルフィルタリング処理を行って
音階音を検出するとともに、この音階音の遷移状態を監
視し、音階音の状態に応じて発音用音階音としての割り
当てや発音用音階音からの削除を行うことにより、楽音
として好ましくない音の発生を防止し、また、実演奏上
の使用性を向上させることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
音響信号を表現するディジタル波形信号に対して、異な
る特性のディジタルフィルタリング処理を時分割で順次
行うことにより各音階に対応した周波数に関する周波数
のスペクトルのレベルを検出するディジタル信号処理手
段と、前記ディジタル信号処理手段によるディジタルフ
ィルタリングの処理結果に基づいて、前記音響信号に含
まれる１乃至複数の音階音を検出する音階検出手段と、
前記音階検出手段の検出した音階音のうちそのレベルが
所定の基準値を超えた音階音を記憶する検出音階記憶手
段と、前記検出音階記憶手段に記憶した音階音の遷移情
報として、前記音階検出手段が新たに検出した音階音で
あるのかどうかの状態変化情報と、各音階の状態が継続
している時間に関する状態継続情報と、を記憶する検出
音モジュールと、楽音発生用の音階音とその音階音の楽
音発生用音階音としての状態を示す情報を記憶する発音
モジュールと、前記音階検出手段により検出された前記
検出音階記憶手段に記憶された音階に対して、前記検出
音モジュールの遷移情報及び前記発音モジュールに記憶
された情報に基づいて、前記発音モジュールに楽音発生
用の音階として登録するかどうかを制御するとともに、
前記発音モジュールに登録された音階音を削除するかど
うかを制御する制御手段と、を備えている。

【００１５】

【００１６】請求項２記載の発明は、音響信号を表現す
るディジタル波形信号に対して、異なる特性のディジタ
ルフィルタリング処理を時分割で順次行うことにより各
音階に対応した周波数に関する周波数のスペクトルのレ
ベルを検出するディジタル信号処理手段と、 前記ディジ
タル信号処理手段によるディジタルフィルタリングの処
理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる１乃至複数
の音階音を検出する音階検出手段と、 前記音階検出手段
の検出した音階音のうちそのレベルが所定の基準値を超
えた音階音を記憶する検出音階記憶手段と、 前記検出音
階記憶手段に記憶した音階音の遷移情報として、前記音
階検出手段が新たに検出した音階音であるのかどうかの
状態変化情報と、各音階の状態が継続している時間に関
する状態継続情報と、を記憶する検出音モジュールと、
楽音発生用の音階音とその音階音の楽音発生用音階音と
しての状態を示す情報を記憶する発音モジュールと、 前
記音階検出手段により検出された前記検出音階記憶手段
に記憶された音階に対して、前記検出音モジュールの遷
移情報及び前記発音モジュールに記憶された情報に基づ
いて、前記発音モジュールに楽音発生用の音階として登
録するかどうかを制御するとともに、前記発音モジュー
ルに登録された音階音を削除するかどうかを制御する制
御手段と、 前記制御手段により前記発音モジュールに楽
音発生用の音階として登録された音階音に対応する楽音
を発生する楽音発生手段と、を備えている。

【００１７】

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、ピアノ等の楽器
や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジタル変
換され、ディジタル信号処理手段に入力される。ディジ
タル信号処理手段は、この音響信号を表現するディジタ
ル波形信号に対して、異なる特性のディジタルフィルタ
リング処理を時分割で順次行うことにより各音階に対応
した周波数に関する周波数スペクトルのレベルを検出
し、音階検出手段に出力する。音階検出手段は、ディジ
タル信号処理手段によるディジタルフィルタリングの処
理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる１乃至複数
の音階音を検出する。音階検出手段の検出した音階音の
うちそのレベルが所定の基準値を超えた音階音は、検出
音階記憶手段に記憶され、検出音階記憶手段に記憶され
た音階音の遷移情報として、前記音階検出手段が新たに
検出した音階音であるのかどうかの状態変化情報と、各
音階の状態が継続している時間に関する状態継続情報と
が、検出モジュールに記憶される。この検出モジュール
に記憶された音階音を、制御手段が楽音発生用の音階音
として発音モジュールに登録し、発音モジュールは、さ
らに登録された音階音の楽音発生用としての状態を示す
情報を記憶する。この制御手段は、音階検出手段により
検出された検出音階記憶手段に記憶された音階に対し
て、前記検出音モジュールの遷移情報及び発音モジュー
ルに記憶された情報に基づいて、発音モジュールに楽音
発生用音階として登録するかどうか制御するとともに、
発音モジュールに登録された音階音を削除するかどうか
を制御する。

【００１９】したがって、音響信号の立ち上がりから停
止までの状態変化に対応して、正確に発音用の音階とし
て割り当て、また削除することができ、人間にとって聞
きごこちのよいものとすることができ、また、実演奏上
の使用性を向上させることができる。

【００２０】さらに、前記検出音モジュールが、遷移情
報として、前記音階検出手段が新たに検出した音階音で
あるかどうかの状態変化情報と、各音階の状態が継続し
ている時間に関する状態継続情報と、を記憶しているの
で、楽音の立ち上がり等音階が不安定な部分で、人間が
聞いてその楽音の主要な音階として感じる音階以外の音
階音を発音用の音階から除外することができ、人間が聞
いて楽音として好ましい音階のみを、発音用の音階音と
して割り当てることができる。また、継続して発音され
ている音階音が存在している場合には、発音用音階音か
ら削除される誤動作を防止することができ、実演奏上の
使用性を向上させることができる。

【００２１】請求項２記載の発明によれば、ピアノ等の
楽器や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジタ
ル変換され、ディジタル信号処理手段に入力される。デ
ィジタル信号処理手段は、この音響信号を表現するディ
ジタル波形信号に対して、異なる特性のディジタルフィ
ルタリング処理を時分割で順次行うことにより各音階に
対応した周波数に関する周波数スペクトルのレベルを検
出し、音階検出手段に出力する。音階検出手段は、ディ
ジタル信号処理手段によるディジタルフィルタリングの
処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる１乃至複
数の音階音を検出する。音階検出手段の検出した音階音
のうちそのレベルが所定の基準値を超えた音階音は、検
出音階記憶手段に記憶され、検出音階記憶手段に記憶さ
れた音階音の遷移情報として、前記音階検出手段が新た
に検出した音階音であるのかどうかの状態変化情報と、
各音階の状態が継続している時間に関する状態継続情報
とが、検出モジュールに記憶される。この検出モジュー
ルに記憶された音階音を、制御手段が楽音発生用の音階
音として発音モジュールに登録し、発音モジュールは、
さらに登録された音階音の楽音発生用としての状態を示
す情報を記憶する。この制御手段は、音階検出手段によ
り検出された検出音階記憶手段に記憶された音階に対し
て、前記検出音モジュールの遷移情報及び発音モジュー
ルに記憶された情報に基づいて、発音モジュールに楽音
発生用音階として登録するかどうか制御するとともに、
発音モジュールに登録された音階音を削除するかどうか
を制御する。この発音文字ユー婁に登録された音階音に
対応する楽音を楽音発生手段により発生する。

【００２２】したがって、楽音発生装置において、入力
される音響信号の立ち上がりから停止までの状態変化に
対応して、正確に発音用の音階音として割り当て、また
削除し、発音用音階音として登録された音階音のみを、
楽音発生手段により楽音として発生することができると
ともに、発音用音階音から削除された音階音の楽音の発
生を停止することができる。その結果、人間に取って聞
きごこちのよい楽音を発生させることができ、また、実
演奏上の使用性を向上させることができる。

【００２３】さらに、前記検出音モジュールが、遷移情
報として、前記音階検出手段が新たに検出した音階音で
あるかどうかの状態変化情報と、各音階の状態が継続し
ている時間に関する状態継続情報と、を記憶しているの
で、楽音の立ち上がり等音階が不安定な部分で、人間が
聞いてその楽音の主要な音階として感じる音階以外の音
階音を発生させないようにすることができ、人間が聞い
て楽音として好ましい音階のみを、楽音発生手段により
発生させることができる。また、継続して発音されてい
る音階音が存在している場合には、楽音として発生させ
ることができ、誤動作を防止しつつ実演奏上の使用性を
向上させることができる。

【００２４】

【実施例】以下に、本願各発明の一実施例を説明する。 ＜基本原理＞先ず、実施例で用いるディジタルフィルタ
処理の基本原理について説明する。実施例では、ディジ
タルフィルタ処理をＤＳＰ（Digital Signal Processo
r：ディジタル信号処理プロセッサ）を使用することに
より行っている。すなわち、ＤＳＰにディジタルフィル
タとして動作させるのに必要なプログラムやデータを書
き込み、図１に示すようなバンドパスフィルタＨ_t(z)を
構成するとともに、更にエンベロープ抽出回路を構成
し、ディジタルフィルタ処理及びエンベロープ抽出処理
を行う。

【００２５】図１において、入力信号Ｘ(n) は、アナロ
グの音響信号を所定サンプリングタイミングでサンプリ
ングした値をディジタル信号（もともとディジタル信号
で供給される場合はそのままでよい）に変換して入力し
たものであり、この入力信号Ｘ(n)に対して、ＤＳＰの
時分割処理によってｎ個のバンドパスフィルタＨ_t(z)の
フィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理に
際して、ｎ個のバンドパスフィルタＨ_t(z)の伝達関数
を、複数オクターブの各音階に依存させて変更する。

【００２６】図２は、バンドパスフィルタＨ_t(z)として
チェビシエフ形のものを採用した場合の周波数特性の大
きさを示している。この場合の伝達関数としては、ｔを
各音階に指定するサフィックス（添字）として、次のよ
うになる。

【数１】 ここで、ｉ＝１としてこのバンドパスフィルタＨ_t(z)を
構成すると、ＤＳＰの処理は、

【数２】 を実行することになる。

【００２７】なお、ｉ≧２の場合は、上式と同様の演算
を繰り返し実行することになる。また、各バンドパスフ
ィルタＨ_t(z)の係数については、数値計算で求めること
ができる。具体例としては、Ａ₄＝４４０Hzのバンドパ
スフィルタを次の条件（〜は図２参照）で構成する
と、下記の如き係数値をもつ伝達関数のディジタルフィ
ルタリング処理を実行することになる。

【００２８】すなわち、 ＝１dB ＝（サンプリング周波数ｆ_s）＝１０ＫHz ＝１２dB以上 ＝４１５Hz ＝４３０Hz ＝４５０Hz ＝４６６Hz の条件で、ｉ＝１，２の２段のディジタルフィルタのそ
れぞれの係数は次のようになる。

【００２９】Ｈ440Hz(0)＝0.08192384 ｉ＝１に対し、 ａ₁(1)＝−1.91442200776 ａ₂(1)＝ 0.9933673 ｂ₁(1)＝−1.91105345727 ｂ₂(1)＝ 1. ｉ＝２に対し、 ａ₁(2)＝−1.9210712 ａ₂(2)＝ 0.993606 ｂ₁(2)＝−1.93525314797 ｂ₂(2)＝ 1. このように、バンドパスフィルタＨ_t(z)の演算が各音階
に対して時分割的に実行され、その結果信号Ｙ_t(n)，ｔ
＝１〜Ｎが求まる。

【００３０】この結果信号Ｙ_t(n)に対して、次に、ＤＳ
Ｐは、エンベロープ抽出処理を時分割で行う。このエン
ベロープ処理は、それぞれの結果信号Ｙ_t(n)の波形につ
いて所定時間間隔毎（例えば各音階の対応する周波数
毎）にピークレベル（絶対値）を求めて行う。あるいは
後述するような特定のディジタルフィルタを｜Ｙ_t(n)｜
（Ｙ_t(n)の絶対値信号）に対して行って求める。

【００３１】このようにＤＳＰの時分割処理により、そ
れぞれの音階についてのエンベロープ信号Ｅ_t（ｎ），
ｔ＝１〜Ｎが求まり、この出力に対して、このＤＳＰの
適用された楽音発生装置等のＣＰＵ（マイクロコンピュ
ータなど）が、レベル判断を実行することにより、もと
もとの入力信号Ｘ(n)の波形に含まれる音階信号を１乃
至複数検出することが可能となる。

【００３２】このように、この基本原理は、各音階につ
いてピークをもつバンドパスフィルタＨ_t(z)によりフィ
ルタリング処理を時分割で行うものであるが、バンドパ
スフィルタＨ_t(z)は、上述したチェビシェフ形のバンド
パスフィルタに限るものではなく、種々の形式のディジ
タルフィルタで何等の機能を実現できる。また、バンド
パスフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタ
のカスケード接続することによっても実現できる。

【００３３】上記チェビシェフ形のバンドパスフィル
タ、Ａ₄＝４４０Hzの例では、８回の乗算が必要とな
る。そこで、以下に、フィルタ演算を行う際の乗算回数
を減らし、リアルタイムでフィルタリングを行うことを
容易にしたフィルタリング処理のひとつの改良原理を説
明する。

【００３４】＜改良原理＞図３は、乗算回数を減少させ
たディジタルフィルタ演算をＤＳＰに行わせる改良原理
を示しており、このバンドパスフィルタは、ハイパスフ
ィルタＨ₁(z)、ローパスフィルタＨ_2t(z) 及びローパス
フィルタＨ_E(z)で構成されている。このバンドパスフィ
ルタでは、ディジタル表現による入力音響信号Ｘ(n)
は、まず、ハイパスフィルタＨ1（ｚ）に入力され、ハ
イパスフィルタＨ1（ｚ）は、その詳細については後述
するが、周波数０で０、周波数ｆ_s／２で最大となるハ
イパスディジタルフィルタである。

【００３５】このハイパスフィルタＨ₁(z)の出力Ｙ(n)
が、各音階ｔ毎に時分割動作するローパスフィルタＨ_2t
(z) に入力され、ローパスフィルタＨ_2t(z) は、その詳
細については後述するが、音階周波数でピークをもった
レゾナンスタイプのローパスディジタルフィルタの特性
をもっている。

【００３６】したがって、上記ハイパスフィルタＨ₁(z)
とローパスフィルタＨ_2t(z) をカスケード接続して得ら
れるディジタルフィルタの周波数特性の大きさは、図４
のごとくなっており、疑似バンドパスフィルタとなって
いる。

【００３７】図４において、ｆ₁，ｆ₂，……ｆ_Nが、各
音階周波数に対応し、Ｎを４０〜５０程度（３オクター
ブから４オクターブ）にすることが可能である。なお、
これ以上の広いオクターブレンジで音階検出するとき
は、高速のＤＳＰか、複数のＤＳＰによる並列処理を採
用することで達成できる。

【００３８】このローパスフィルタＨ_2t(z) の出力Ｗ
_t(n)，ｔ＝１〜Ｎが、各音階毎に時分割動作するローパ
スフィルタＨ_E(z)に与えられ、このローパスフィルタＨ
_E(z)の特性も後述するが、このローパスフィルタＨ_E(z)
の各出力Ｅ_t(n)が、図１と同様に、各音階についてのエ
ンベロープ信号となる。その後の処理は、基本原理の場
合と同様である。

【００３９】次に、図３の各ディジタルフィルタの構
成、特性を詳述する。ハイパスフィルタＨ₁(z) 図５は、ハイパスフィルタＨ₁(z)の一構成例を示してい
る。このハイパスフィルタＨ₁(z)は、２次のＦＩＲ（Fi
nite Impulse Response）ディジタルフィルタであり、
その伝達関数は、

【数３】 である。

【００４０】図５において、５−１，５−２は遅延素
子、５−３，５−４，５−５は乗算器、５−６，５−７
は加算器を示している。このハイパスフィルタＨ₁(z)を
ＤＳＰで演算により実現するときには、

【数４】 を実行することとなる。この場合、係数と信号の乗算は
単なるシフト処理で実現できる。

【００４１】このハイパスフィルタＨ₁(z)の周波数特性
は、

【数５】 となり、図６にその特性を示すように、Ω＝０（０Hz）
で最小、Ω＝π（ｆ_s／２Hz）で最大となる特性をと
る。

【００４２】ローパスフィルタＨ_2t(z) 図７は、ローパスフィルタＨ_2t(z) の一構成例を示して
いる。このローパスフィルタＨ_2t(z) は、２次のＩＩＲ
（Infinite Impulse Response）ディジタルフィルタで
あって、その伝達関数は、

【数６】 である。

【００４３】ローパスフィルタＨ_2t(z) は、後述するよ
うに、音階を示すサフィックスｔに依存してθとＣＹと
が変化し、ｒがレゾナンスの強さ（ピークの程度）を示
すパラメータとなる。

【００４４】図７において、７−１，７−２は遅延素
子、７−３，７−４，７−５は乗算器、７−６，７−７
は加算器を示している。このローパスフィルタＨ_2t(z)
をＤＳＰで演算により実現するときは、 Ｗ_t(n)＝ＣＹ・Ｙ(n)＋２ｒｃｏｓθＷ_t(n-1)−ｒ²Ｗ_t(n-2)……式（２） を実行することとなる。

【００４５】このローパスフィルタＨ_2t(z) の周波数特
性は

【数７】 で与えられる。ここで、この伝達関数の極は、

【数８】 に依存し、Ｚ＝０に２重の零点がある。この伝達関数の
極と零点の配置、および、θを、０＜θ＜π／２とした
ときの極ベクトルと零点ベクトルと、を図８に示す。図
８から理解されるとおり、Ω＝０からΩ＝πに向けて単
位円に沿ってΩが動くにつれて、ベクトルｖ₂の長さ
は、はじめ減少し、次に増加する。最小のベクトルｖ₂
の長さは、

【外１】 の近くである。

【００４６】ここで、周波数Ωにおける周波数応答の大
きさは、零点ベクトルｖ₁ とベクトルｖ₂ の長さの比で
あり、周波数応答の位相は、実軸とベクトルｖ₁ のなす
角度からベクトルｖ₂ のなす角を引いた値となることが
知られており、振幅特性のみを図示すると図９のように
なる。

【００４７】すなわち、周波数応答の大きさ（振幅特
性）は、図９から分るように、極ベクトルｖ₂ の大きさ
の逆数に比例し、θに近いΩで最大となる。そして、ｒ
の大きさに従ってこのピークの鋭さが決まり、ｒを１に
近づけてゆくと急なピーク（レゾナンス特性）をもった
フィルタが実現できる。

【００４８】以上の説明から明らかなように、各音階毎
に、θの値を決定すれば（θ＝２πｆ_t／ｆ_s）、図10に
示すように、音階周波数ｆ_tでピークをもつレゾナンス
付きのローパスフィルタＨ_2t(z) を実現することができ
る。

【００４９】なお、ｒは、となりの音階のレベルに影響
しないような大きさに、ＣＹは、各音階で同等のレベル
の出力Ｗ₁(n)が得られるような大きさに、実験で、もし
くは数学的に求めることが可能となる。

【００５０】例えば、ｆの音階周波数（ｆ_t）と、Δｆ
離れたとなりの音階周波数ｆ＋Δｆ（すなわちｆ_t+1 ）
との周波数応答の大きさの比を、ｍ：１とする場合、

【数９】 というｒについての４次方程式を解いて、０＜ｒ＜１を
満足するものを選び、各係数 −２ｒｃｏｓθ，ｒ² を
求めることができる。いま、数値計算の結果、例えば、
ｆ_s＝５ＫHz，ｆ＝４４０Hzで、ｍ＝４とすると、−２
ｒｃｏｓθ＝−1.9773、ｒ² ＝ 0.9851、ＣＹ＝36.7と
なる。その他の音階についても同様である。

【００５１】ローパスフィルタＨE（ｚ） 図11は、ローパスフィルタＨ_E(z)の一構成例を示す。こ
れはさきに説明したローパスフィルタＨ_2t(z) と同じ形
の２次のＩＩＲディジタルフィルタであって伝達関数
は、

【数10】 である。これは、先のローパスフィルタＨ_2t(z) の伝達
関数において、ｒ＝0.9、θ＝0と、したものである。

【００５２】図11において、11−１は、入力信号（ロー
パスフィルタＨ_2t(z) の出力信号）Ｗ_t(n)を、絶対値化
する絶対値回路であり、その出力｜Ｗ_t(n)｜がディジタ
ルフィルタリングされる。11−２、11−３は遅延素子、
11−４、11−５、11−６は乗算器、11−７、11−８は加
算器を示している。このローパスフィルタＨ_2t(z) をＤ
>ＳＰで演算により実現するときは、 Ｅ_t（ｎ）＝ＣＥ｜Ｗ_t(n)｜＋1.8Ｅt(n-1)−0.81Ｅ_t（n−2）……式（３） を実行することとなる。

【００５３】このローパスフィルタＨ_2t(z) は、その周
波数特性が、上述の説明のように、θ＝０でピークをも
つ、レゾナンス付きのローパスフィルタで、図12に示す
ような特性（振幅特性）をとる。ここで、係数ＣＥは、
各音階毎のレベルを一様にするファクターで実験などで
適宜求め得る。

【００５４】図13は、この図11の構成によって得られる
エンベープ信号Ｅ_t（ｎ）を模式的に示している。この
ように、ローパスフィルタＨ_2t(z) は、絶対値回路11−
１により、負の波高値（図11の破線）がすべて正の波高
値に変換された上でローパスフィルタがかけられるの
で、結局この波形信号｜Ｗ_t(n)｜の直流成分を求めるよ
うな動作をフィルタ回路がとるようになる。

【００５５】＜実施例の全体構成＞次に、本願各発明の
音階検出装置及びそれを用いた楽音発生装置の一実施例
の具体的な構成を説明する。図14は、本願各発明の音階
検出装置及びそれを用いた楽音発生装置を適用した楽音
発生装置１の全体ブロック図である。

【００５６】楽音発生装置１は、ＣＰＵ（Central Proc
essing Unit)２、ＲＯＭ（Read Only Memory)３、ＲＡ
Ｍ（Random Access Memory) ４、音階検出装置５、キー
ボード６、ディスプレイ７、プリンタ８、楽音発生回路
９、オーディオシステム10及びスピーカ11等を備えてお
り、こられ各部はバス12により接続されている。ＲＯＭ
３には、本願各発明の音階検出装置としてのプログラム
や楽音発生装置としてのプログラム等が格納されてお
り、また、必要に応じて音階検出装置や楽音発生装置と
して動作する際に必要なデータが格納されている。

【００５７】ＣＰＵ２は、ＲＯＭ３内のプログラムに従
って楽音発生装置１の各部を制御し、本願各発明の音階
検出装置及び楽音発生装置としての処理を行なう。ま
た、ＣＰＵ２は、各種レジスタを備えており、これらレ
ジスタは、図15に示す今回検出値取込みバッファ（検出
音階記憶手段）、図16に示す検出音モジュール及び図17
に示す発音モジュールとして、割り当てられる。図15に
示す今回検出値取込みバッファは、音階検出装置５で検
出した音階音を取り込むためのバッファであり、具体的
には、例えば、６つのアドレスに対して、エンベロープ
値の大きい順に６個の音階番号（TONE No.）と、そのエ
ンベロープ値（ENV０〜ENV５）を記憶する。図16に示す
検出音モジュールは、今回検出値取込みバッファに登録
された音階音や、発音モジュールに登録された音階音の
状態を判定するためのものであり、音階音モジュールと
しては、本実施例では、６つ用意されている。各音階音
モジュールは、音階番号（TONE No.）、ステイタス（今
回ONフラグの有無やNew ONフラグ、New OFFフラグ、ON中
フラグ、OFF 中フラグ）及びチャタリングタイマー等を
記憶する。図17に示す発音モジュールは、後述する楽音
発生回路により楽音を発生させる音階音やその音階音の
状態等を記憶するものであり、発音モジュールは、本実
施例では、６つ用意されている。各発音モジュールは、
音階番号（TONENo.）、その音階番号の音階音のステイ
タス（スタック中、リリース中）等を記憶する。したが
って、ＣＰＵ２は、音階検出手段（音階検出装置５）に
より検出され検出音階記憶手段としての今回検出値取込
みバッファに記憶された音階に対して、検出音モジュー
ルの遷移情報及び発音モジュールに記憶された情報に基
づいて、発音モジュールに楽音発生用の音階として登録
するかどうかを制御するとともに、発音モジュールに登
録された音階音を削除するかどうかを制御する制御手段
として機能する。

【００５８】ＲＡＭ４は、後述する音階検出装置５をデ
ィジタルフィルタやエンベロープ抽出装置として動作さ
せるためのデータ等を記憶するとともに、ＣＰＵ２のワ
ーク用メモリとして機能する。音階検出装置５は、マイ
クロフォン41、ローパスフィルタ42、Ａ／Ｄ変換器43、
ＤＳＰ44、フィルタ係数ＲＯＭ45及びワークＲＡＭ46等
を備えており、音響信号の入力端子として、ライン入力
LINE INを備えている。

【００５９】この音階検出装置５は、マイクロフォン41
あるいはライン入力 LINE INから入力する音響信号（こ
れは楽器音、人声音、あるいはテープレコーダやラジ
オ、テレビ、ＣＤプレーヤー等からの再生音響であって
もよい）を、ローパスフィルタ42で適宜フィルタリング
した後、適当なサンプリング周波数ｆ_sで、Ａ／Ｄ変換
器43よりディジタル信号Ｘ(n)に変換し、ＤＳＰ44に入
力する。

【００６０】フィルタ係数ＲＯＭ45は、ＤＳＰ44をディ
ジタルフィルタリングとして機能させるのに必要な各種
係数を記憶し、必要に応じて読み出されてＤＳＰ44に出
力される。

【００６１】ワークＲＡＭ46は、ＤＳＰ44がディジタル
フィルタとして動作する際のワークメモリであり、フィ
ルタリング演算のためのデータや、Ａ／Ｄ変換器43から
入力されたディジタル入力信号Ｘ(n)及びＤＳＰ44で演
算処理された波形信号等を記憶する。

【００６２】ＤＳＰ44は、フィルタ係数ＲＯＭ45に記憶
されている係数やワークＲＡＭ46を使用して、演算処理
し、ディジタルフィルタリング処理を実行するととも
に、エンベロープ抽出処理を実行する。

【００６３】ＤＳＰ44の処理結果は、ＣＰＵ２に送ら
れ、ＣＰＵ２は、音階検出装置５の検出結果、及び後述
する楽音発生回路９に内蔵されている各種モジュールの
記憶状態に基づいて音階検出装置５の検出した音階や楽
音発生装置９により発生している楽音の状態を判断し
て、楽音発生回路９の発生モジュールへの音階音の割り
付け処理や削除処理を行なう。

【００６４】キーボード６には、ファンクションスイッ
チや鍵盤等が設けられており、キーボード６でスイッチ
や鍵盤等の操作が行なわれると、ＣＰＵ２がこの操作を
検出して、楽音発生回路９の発生音モジュールに発生楽
音を割り当てる。

【００６５】ディスプレイ７およびプリンタ８は、ＣＰ
Ｕ２の制御下で作動し、音階検出装置５で検出された１
乃至複数の音階を表示し、また用紙に印字する。例え
ば、ＣＰＵは、リアルタイムで入力中の音響に含まれる
音階をディスプレイ７に表示してもよく、あるいはノン
リアルタイムで、編集作業などを経た上で楽譜としてデ
ィスプレイ７に表示したり、プリンタ８で用紙に印刷し
たりする。

【００６６】この音階検出装置５は、全体として、音響
信号を表現するディジタル波形信号に対して、異なる特
性のディジタルフィルタリング処理を時分割で順次行な
うことにより各音階に対応した周波数に関する周波数ス
ペクトルのレベルを検出するディジタル信号処理手段、
及びディジタル信号処理手段によるディジタルフィルタ
リングの処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる
１ないし複数の音階音を検出する音階検出手段として機
能している。

【００６７】楽音発生装置９としては、各種タイプの音
源発生回路が適用可能であり、例えば、ＰＣＭ方式、Ｆ
Ｍ方式、ｉＰＤ方式、正弦波合成方式等の音原発生回路
が適用される。この楽音発生装置９は、複数の楽音発生
チャンネル、例えば、４チャンネルを有しており、前記
ＣＰＵ２の発音モジュールに割り当てられた音階番号の
音階音を、オーディオシステム10を駆動することによ
り、スピーカ11を介して音響出力させる。

【００６８】オーディオシステム10としては、通常のオ
ーディオシステムが使用されており、オーディオシステ
ム10には、楽音発生回路９からの信号だけでなく、マイ
クロフォン41やライン入力 LINE INの信号も与えられ、
必要に応じて音響出力として出力する。また、楽音発生
回路９は、キーボード６の音色指定に従った音色の楽音
信号を発生でき、この場合も、ＣＰＵ２が出力すべき音
階音を発音モジュールに割り当てて楽音発生動作をす
る。さらに、ＣＰＵ２は、音階検出装置５が検出した音
階音の変化を順次ＲＡＭ４にシーケンサ情報として記憶
し、このシーケンサ情報をキーボード６のプレイスター
ト指示等に応答して、順次読み出して楽音発生回路９か
ら対応する楽音信号を発生することも可能である。この
場合も、後述するチャタリング防止処理等を行なうこと
ができる。

【００６９】＜ＤＳＰの構成＞図18は、ディジタルフィ
ルタ及びエンベロープ抽出回路として機能するＤＳＰ
（ディジタル信号処理プロセッサ：Digital Signal Pro
cessor）44の回路構成図であり、ＤＳＰ44は、インター
フェィス441 、オペレーションＲＯＭ442 、アドレスカ
ウンタ443 、デコーダ444 、乗算器445 、加減算器446
、レジスタ群447、及びフラグレジスタ448 等を備えて
いる。

【００７０】インターフェィス441 は、バスを介して図
14に示すＣＰＵ２やＡ／Ｄ変換器43に接続されており、
インターフェィス441を介して音響入力信号やＣＰＵ２
からの命令が入力され、また処理結果の音階信号等が出
力される。

【００７１】オペレーションＲＯＭ442 には、本願各発
明の音階検出装置及びそれを利用した楽音発生装置に使
用するディジタルフィルタ及びエンベロープ抽出回路と
してのプログラムが格納されており、プログラムメモリ
２は、アドレスカウンタ443のアドレス指定により順次
プログラム内容をデコーダ444 に出力するとともに、各
部に出力する。

【００７２】デコーダ444 は、オペレーションＲＯＭ44
2 から読み出されたプログラム内容をデコードし、制御
信号としてＤＳＰ44の各部に出力する。ＤＳＰ44のバス
には、上記音階検出装置５のフィルタ係数ＲＯＭ45及び
ワークＲＡＭ46が接続されており、オペレーションＲＯ
Ｍ442 のプログラムに従って適宜係数データや波形信号
等がＤＳＰ44に供給され、またＤＳＰ44で演算処理した
波形信号がワークＲＡＭ46に出力されて書き込まれる。

【００７３】乗算器445 は、入力されるデータを乗算処
理し、その演算結果を加減算器446やレジスタ群447 等
に出力する。加減算器446 は、入力データに加算処理あ
るいは減算処理を行ない、演算結果をレジスタ群447 を
介して乗算器445 やワークＲＡＭ46等に出力するととも
に、演算結果の符号データをフラグレジスタ448 に出力
する。

【００７４】フラグレジスタ448 のフラグデータは、ア
ドレスカウンタ443 に出力され、アドレスカウンタ443
へのフラグレジスタ448 のフラグデータによりオペレー
ションＲＯＭ442 から出力されるプログラム内容が決定
される。すなわち、フラグレジスタ448 のフラグデータ
によりジャッジ処理を行なっている。

【００７５】次に作用を説明する。 ＜音階検出処理＞先ず、音階検出装置５における音階検
出処理を説明する。音階検出処理は、ＣＰＵ２の制御下
で行なわれ、上記改良原理で説明したディジタルフィル
タ処理により音階検出処理を行なう。

【００７６】ＣＰＵ２は、まず、図19に示すように、音
階音検出処理の開始に際して、イニシャル処理を行う
（ステップＳ１）。このイニシャル処理は、主にワーク
ＲＡＭ46をクリアする処理である。

【００７７】イニシャル処理が完了すると、Ａ／Ｄ変換
器43による音響信号のディジタル信号Ｘ(n)へのディジ
タル変換が完了したかどうかチェックし（ステップＳ
２）、Ａ／Ｄ変換器43でディジタル変換が完了すると、
Ａ／Ｄ変換器43から入力されるディジタル信号Ｘ(n)を
順次アドレス設定してワークＲＡＭ46に記憶する（ステ
ップＳ３）。この場合、ワークＲＡＭ46のうちの特定エ
リアをリングバッファ（終端と始端とを仮想的に連結す
ることで構成されるバッファ）として使用することによ
り、無制限の入力信号（ディジタル信号Ｘ(n)）に対応
できる。

【００７８】ワークＲＡＭ46にディジタル信号Ｘ(n)が
記憶されると、ＣＰＵ２は、ＤＳＰ44をＦＩＲのハイパ
スフィルタＨ₁(z)として動作させる（ステップＳ４）。
このＦＩＲハイパスフィルタＨ₁(z)としての動作処理
は、上記ＤＳＰ44のオペレーションＲＯＭ442 のプログ
ラムのアドレス設定をアドレスカウンタ443 に行なうと
とともに、フィルタ係数ＲＯＭ45の係数設定をハイパス
フィルタＨ₁（ｚ）用に設定することにより行なう。

【００７９】このハイパスフィルタＨ₁(z)としての演算
は、上記式（１）によるもので、今回の入力ディジタル
信号Ｘ(n)のほかワークＲＡＭ46から前回、前々回の入
力ディジタル信号入力Ｘ(n-1)、Ｘ(n-2)を読み出しＤＳ
Ｐ44内の乗算器445 、加減算器446 を使用して実行す
る。

【００８０】ハイパスフィルタＨ₁(z)としての演算処理
が完了すると、各音階についてフィルタ処理を行なうた
めの設定値ｔを初期設定値ｔ＝１にセットし（ステップ
Ｓ５）、ローパスフィルタＨ_2t(z) としてのフィルタリ
ング演算を行う（ステップＳ６）。このローパスフィル
タＨ_2t(z) としての演算は、上記式（２）によるもの
で、各係数ＣＹ，２ｒｃｏｓθ，ｒ² をフィルタ係数Ｒ
ＯＭ45から読み出しながら、ＤＳＰ44内の乗算器445 、
加減算器446 を使用して実行する。この演算結果Ｗ_t
(n) も、ワークＲＡＭ46の別の特定のエリアをリングバ
ッファとして使用し、順次ストアする。この場合も、ワ
ークＲＡＭ46をリングバッファとして使用することによ
り、このバッファから前回及び前々回の演算結果Ｗ_t(n-
1)，Ｗ_t(n-2)を次々と読み出して演算に用いることがで
きる。

【００８１】ハイパスフィルタＨ₁(z)及びローパスフィ
ルタＨ_2t(z) としての演算処理が完了すると、次に各音
階についてのエンベロープ抽出処理を行なう。このエン
ベロープ抽出処理は、各音階についてＤＳＰ44をＩＩＲ
ローパスフィルタＨ_E(z)として演算処理させることによ
り実行する（ステップＳ７）。

【００８２】このローパスフィルタＨ_E(z)としての演算
は、上記式（３）によるもので、各係数ＣＥ，1.8、−
0.81をフィルタ係数ＲＯＭ45から読み出しながら、ＤＳ
Ｐ44内の乗算器445 、加減算器446 を使用して行う。こ
の演算のうち、絶対値計算｜Ｗ_t(n)｜も加減算器446 を
使用して実行する。

【００８３】この演算結果Ｅ_t(n)も、ワークＲＡＭ46の
更に別の特定エリア46をリングバッファとして使用し
て、順次ストアすることにより、このバッファから前回
及び前々回の演算結果Ｅ_t(n-1)，Ｅ_t(n-2)を次々と読み
出して演算に用いることができる。

【００８４】上記フィルタ処理及びエンベロープ抽出処
理が終了すると、全ての音階についてこれらの各処理が
なされたかどうか（ｔ＝Ｎ）チェックし（ステップＳ
８）、すべての音階については処理が終了していないと
きには、設定値ｔをインクリメントして（ステップＳ
９）、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６に移行す
ると、再びステップＳ６及びステップＳ７のフィルタリ
ング処理を実行する。

【００８５】ステップＳ８で、全ての音階に対してフィ
ルタ処理等が完了していると、各音階についてのエンベ
ロープＥ_t(n)（ｔ＝１〜Ｎ）をＣＰＵ２へ通知した後
（ステップＳ10）、音階検出処理モードを終了するかど
うかチェックする（ステップＳ11）。音階検出処理モー
ドの終了でないときには、ステップＳ２に移行し、次の
音響信号のＡ／Ｄ変換を待って、同様に処理を行なう。
すなわち、ＤＳＰ44は、１サンプリング毎に、時分割で
３系統のディジタルフィルタリングを順番に、しかも各
音階について繰り返して実行することにより、リアルタ
イムで、各音階のエンベロープに従って、各音階に対応
する周波数に関する周波数スペクトルのレベルを検知す
ることができる。

【００８６】ステップＳ11で、キーボード５の操作等に
よりＣＰＵ２が音階検出処理モードの終了をＤＳＰ44に
通知してきたときは、一連の処理動作を終了する。

【００８７】＜ＣＰＵ２の検出音発生処理＞ＣＰＵ１
は、上述したようにＤＳＰ44から毎サンプリング周期で
各音階に次いてのエンベロープ信号Ｅ_t(n)（ｔ＝１〜
Ｎ）、すなわち、各音階に対応する周波数に関する周波
数スペクトルのレベルが与えられるので、種々の目的に
これを使用できるが、与えられた各音階をそのまま楽音
として出力したり、検出されなくなった音階をすぐに消
してしまうと、楽音として好ましくない音が発生された
り、実演奏上の使用面において支障をきたすおそれがあ
る。

【００８８】そこで、本願各発明では、検出した音階音
の状態変化や出力中の音階音の状態をチェックして、音
階音の状態変化に基づいて音階音の楽音としての出力
や、出力中の楽音の出力停止を行なっている。

【００８９】以下、本実施例の場合の音階音の状態変化
のチェック処理と楽音の発生・停止処理について、図20
から図25に基づいて説明する。ＣＰＵ２は、音階音発生
処理を行なうために、まず、初期設定処理（イニシャル
処理）を行なう（ステップＰ１）。この初期設定処理に
より、後述する各タイマーやフラグ及びワークＲＡＭ46
のクリアを行なう。

【００９０】初期設定処理が完了すると、音階音検出終
了信号が音階検出装置５から入力されているかどうかチ
ェックし（ステップＰ２）、音階音検出終了信号が入力
されているときには、後述する検出音階音発生処理を実
行して、タイマー処理に移行する（ステップＰ３）。ス
テップＰ２で、音階音検出終了信号が入力されていない
ときには、そのままタイマー処理に移行し、タイマー処
理を行なう（ステップＰ４）。このタイマー処理では、
エンベロープタイマー、チャタリングタイマー等各タイ
マーに、処理フローが一周する間に経過した時間を加算
する加算処理を行なう。

【００９１】タイマー処理が完了すると、通常の電子楽
器等の発音処理（楽音発生処理）を行なう（ステップＰ
５）。すなわち、ＣＰＵ２の発音モジュール（図17参
照）に割り当てられたコマンドを処理し、各発音モジュ
ールを制御して、発音させる。発音処理が終了すると、
ステイタス処理を行なって、ステップＰ２に戻る（ステ
ップＰ６）。このステイタス処理では、各発音モジュー
ル及び各検出音モジュール（図16参照）のステイタスを
変更する。

【００９２】＜ＣＰＵ２の検出音階音発音処理＞ＣＰＵ
２は、図20のステップＰ２で音階音検出終了信号が入力
されると、図21に示すように、音階音検出装置５からエ
ンベロープ値の大きい順に６個の音階音番号とそのエン
ベロープ値を今回検出値取込みバッファに取り込み（ス
テップＴ１）、該今回検出値取込みバッファの検索用カ
ウンタｉを初期値０に設定する（ステップＴ２）。カウ
ンタｉを初期値０にセットすると、カウンタｉに対応す
る今回検出値取込みバッファに取り込んだ音階番号（TO
NE No.）のエンベロープ値ＥＮＶｉが、あらかじめ設定
した閾値より大きいかどうかチェックする（ステップＴ
３）。ステップＴ３で、今回検出値バッファのカウンタ
ｉのエンベロープ値ＥＮＶｉが閾値よりも小さいときに
は、今回検出値取込みバッファｉのエンベロープ値ＥＮ
Ｖｉとその音階番号（TONE No.）をクリアし（ステップ
Ｔ４）、カウンタｉが今回検出値取込みバッファの総数
であるｉ＝５に一致するかどうかチェックする（ステッ
プＴ５）。カウンタｉが５でないときには、カウンタｉ
を１だけインクリメントして（ステップＴ６）、ステッ
プＴ３に戻り、インクリメントしたカウンタｉに対応す
る今回検出値取込みバッファのエンベロープ値ＥＮＶｉ
を、同様に閾値と比較する（ステップＴ３）。そのエン
ベロープ値ＥＮＶｉが閾値よりも大きいときには、ステ
ップＴ５に移行して、カウンタｉが５に達したかどうか
チェックし、達していないときには、同様に、カウンタ
ｉを１だけインクリメントしてステップＴ３にもどる。
上記処理を繰り返して、エンベロープ値ＥＮＶｉが閾値
を超えていない音階番号（TONE No.）とそのエンベロー
プ値ＥＮＶｉを今回検出値取込みバッファから削除し、
前エンベロープ値ＥＮＶｉに対して上記処理を終了する
と、エンベロープ値ＥＮＶｉによる音階音の選別処理を
終了する。この処理により、継続性のないノイズ等を除
去することができる。

【００９３】今回検出値取込みバッファの音階音の選別
処理が終了すると、次に、ON中判定処理に移行する。

【００９４】ON中判定処理 ON中判定処理では、まず、検出モジュールの検索用カウ
ンタｉを初期値０に設定し（ステップＴ７）、カウンタ
ｉの値に対応する検出音モジュール内のステイタスがON
中かどうかチェックする（ステップＴ８）。ステイタス
がON中のときには、図22に示すON中処理に移行し、ステ
イタスがOFF 中を示しているときには、カウンタｉが検
出音モジュールの総数５に達したかどうかチェックする
（ステップＴ９）。カウンタｉが５でないときには、カ
ウンタｉを１だけインクリメントしてステップＴ８に戻
り、同様に音階音モジュールに書き込まれている全ての
音階番号（TONE No.）に対してステイタスの判定を行な
う。検出音モジュール内の全てのステイタスを判定する
と、図23に示す今回New ON選別処理に移行する。

【００９５】ON中処理 次に、ON中処理について図22に基づいて説明する。ON中
判定処理でステイタスがON中と判定されると、今回検出
値取込みバッファの検索用カウンタｊを初期値０にセッ
トし（ステップＴ11）、ON中と判定された検出音モジュ
ールｉの音階番号（TONE No.）とカウンタｊに対応する
今回検出値取込みバッファの音階番号（TONE No.）とを
比較して、音階番号（TONE No.）が一致するかどうかチ
ェックする（ステップＴ12）。一致しないときには、カ
ウンタｊが検出音モジュールの総数５になったかどうか
チェックし（ステップＴ13）、カウンタｊが総数５にな
っていないときには、カウンタｊを１だけインクリメン
トして（ステップＴ14）、ステップＴ12に戻り同様の処
理を繰り返す。上記処理を繰り返して、ON中と判定され
た音階音の音階番号（TONE No.）と一致する音階番号
（TONE No.）があるかどうかチェックする。

【００９６】音階番号（TONE No.）の一致するものがあ
ると、カウンタｊ値に該当する検出音モジュールの今回
ONフラグをONにして、ON中と判定されたカウンタｉ値に
該当する今回検出値取込みバッファの音階番号（TONE N
o.）とエンベロープ値ＥＮＶｉとをクリアし（ステップ
Ｔ15）、ＣＰＵ２内の今回ON数レジスタを１だけインク
リメントする（ステップＴ16）。このインクリメントし
た今回ON数レジスタのカウント値が検出音検出音モジュ
ールの総数である６になったかどうかをチェックし（ス
テップＴ17）、６に達すると、発音モジュールに割り振
るためのアサイン処理（図24参照）に移行する。今回ON
数レジスタのカウント値が６に達していないときには、
検出音モジュールの全てに割り振られていないため、ス
テップＴ９及びステップＴ８を介して図22のON中判定処
理に戻る。

【００９７】ステップＴ12で、検出音モジュールON中と
判定された検出音モジュールｉの音階番号（TONE No.）
とカウンタｊに対応する今回検出値取込みバッファの音
階番号（TONE No.）とが一致するものがなければ、検出
音モジュールｉの今回ONフラグが有であるか、無である
か、をチェックし（今回ONフラグが有るかどうか）（ス
テップＴ18）、今回音となった音階音に対するチャタリ
ングの検出を行なうために、検出音モジュールｉの今回
ONフラグを消去するとともに、チャタリングタイマーを
クリアする（図16参照）（ステップＴ19）。検出音モジ
ュールの今回ONフラグの消去及びチャタリングタイマー
のクリアが完了すると、ステップＴ16に移行して今回ON
数を１だけインクリメントとし、今回ON数の判定を行な
う（ステップＴ17）。この今回ON数の判定結果により、
上述のようにON中判定処理へ移行するか、アサイン処理
へ移行するかの判定を行なう。

【００９８】ステップＴ18で、検出音モジュールｉの今
回ONフラグが無いときには、検出音モジュールｉのチャ
タリングタイマーがあらかじめ設定した設定値より大き
いかどうかチェックし（ステップＴ20）、検出音モジュ
ールｉのチャタリングタイマーが設定値に達していない
ときには、今回ON数を１だけインクリメントして、上述
のようにON判定処理へ移行するか、アサイン処理へ移行
するかの判定を行なう（ステップＴ16、Ｔ17）。ステッ
プＴ20で、検出音モジュールｉのチャタリングタイマー
が設定値に達しているときには、検出音モジュールｉの
ステイタスをNew OFFにセットし、ON中判定処理へ移行
する（ステップＴ21）。

【００９９】したがって、鍵盤付電子楽器等において
は、その離鍵時にチャタリングが発生しても、チャタリ
ングタイマーを用いたON中処理を行なうことにより、発
生中の音の消音を自然なものとすることができる。

【０１００】今回New ON選別処理 次に、今回New ON選別処理について図23に基づいて説明
する。今回New ON選別処理では、今回新たに現れた音階
音に対して、真に楽音として発生されるべき音階音であ
るかどうかを選別する。この選別処理を行なうために、
今回New ON選別用基準値Ｓを設定し、この今回New ON選
別用基準値Ｓと今回検出値取込みバッファのエンベロー
プ値とを比較することにより選別処理を行なっている。

【０１０１】すなわち、図23に示すように、前回の今回
New ON選別処理で作成した今回NewON選別用基準値Ｓ
と、今回検出値取込みバッファのエンベロープ値ＥＮＶ
０〜ＥＮＶ５とを比較し、それらのうちの最大値を今回
New ON選別用基準値Ｓとして設定する（ステップＴ2
2）。今回New ON選別用基準値Ｓを設定すると、今回検
出値取込みバッファを検索するためのカウンタｉを０に
リセットし（ステップＴ23）、今回検出値取込みバッフ
ァｉのエンベロープ値ＥＮＶｉを２倍（ＥＮＶｉ×２）
した値と、今回New ON選別用基準値Ｓと、を比較する
（ステップＴ24）。今回検出値取込みバッファのエンベ
ロープ値ＥＮＶｉの２倍の値が、今回New ON基準値Ｓよ
りも大きいときには、今回New ON候補としてそのまま残
し、今回検出値取込みバッファ検索用カウンタｉが５に
なったか、すなわち全ての今回検出値取込みバッファに
ついてそのエンベロープ値ＥＮＶｉと今回New ON選別用
基準値Ｓとを比較処理したかどうかチェックする（ステ
ップＴ26）。全ての今回検出値取込みバッファに対して
上記比較処理を終了していないときには、カウンタｉを
１だけインクリメントし（ステップＴ27）、インクリメ
ントしたカウンタｉ値の今回検出値取込みバッファのエ
ンベロープ値ＥＮＶｉと今回New ON選別用基準値Ｓとの
比較処理を行なう（ステップＴ24）。この比較処理で、
今回検出値取込みバッファのエンベロープ値ＥＮＶｉの
２倍の値が今回New ON選別用基準値Ｓよりも小さいもの
が現れると、当該今回検出値取込みバッファの音階番号
（TONE No.）とエンベロープ値ＥＮＶｉをクリアし、次
の比較処理へと進む（ステップＴ25）。

【０１０２】全ての今回検出値取込みバッファのエンベ
ロープ値ＥＮＶｉに対して、上記比較処理が完了する
と、今回New ON選別用基準値Ｓをあらかじめ設定した今
回NewON選別用基準値Ｓの最小値と比較する（ステップ
Ｔ28）。今回New ON選別用基準値Ｓが最小値以上の大き
さのときには、今回New ON選別用基準値Ｓを所定値だけ
小さく、例えば、１だけ小さくした値をＳ’として設定
し、このＳ’を次回NewON選別用基準値としてセーブす
る（ステップＴ29、Ｔ31）。ステップＴ28で、今回New
ON選別用基準値Ｓが、最小値よりも小さいときには、あ
らかじめ設定した初期設定値をＳ’として設定し、この
Ｓ’を次回New ON選別用基準値としてセーブする（ステ
ップＴ30、Ｔ31）。

【０１０３】このように、今回New ON選別処理では、今
回New ONとなった音階音をそのエンベロープ値に基づい
て、今回検出値取込みバッファから削除するかどうかを
選別しており、真に発音させるべきデータをエンベロー
プ値に基づいて選別することができる。したがって、無
音の状態から音響信号が入力された場合には、通常、そ
の音の立上がり部分では、種々の倍音や不規則倍音が現
れ、エネルギーが分散されて突出した成分が見られない
ため、今回New ON選別処理により、発音の候補から除外
される。この無音の状態から音響信号が入力され、さら
に引続き音響信号が入力され続けると、基音となる成分
に対して他の成分は大きく減衰するため、相対的に基音
の成分が強調され、今回New ON選別処理で、発音の候補
とその他の不要な音とを選別することができる。

【０１０４】アサイン処理 次に、アサイン処理について、図24に基づいて説明す
る。アサイン処理では、まず、検出音モジュールを検索
するためのカウンタｉをリセットし、該カウンタｉ値に
基づいて、検出音モジュールのステイタスをチェックし
て、OFF 中のものが有るかどうか検索する（ステップＴ
32〜ステップＴ35）。OFF 中のものが見つかると、今回
検出値取込みバッファ検索用カウンタｊをリセットし、
今回検出値取込みバッファｊの音階番号（TONE No.）が
０でないものを検索する（ステップＴ36〜ステップＴ3
8）。今回検出値取込みバッファに音階番号（TONE N
o.）が０でないものが見つかると、検出音モジュールｉ
の音階番号（TONE No.）に、検出した今回検出値取込み
バッファｊの音階番号（TONE No.）を入れ、その検出音
モジュールｉのステイタスをNew ONに、また今回ONフラ
グをONにする（ステップＴ39）。検出音モジュールｉへ
のステイタスの設定が完了すると、今回ON数を１だけイ
ンクリメントし（ステップＴ40）、今回ON数が６（検出
音モジュールの数）になったかどうかチェックする（ス
テップＴ41）。今回ON数が６に達していないときには、
ステップＴ34に戻って、同様に、検出音モジュールのス
テイタスがOFF 中のものが有るかどうかチェックする。

【０１０５】上記、ステップＴ32〜ステップＴ40は、ア
サイン準備処理であり、このアサイン準備処理が完了す
ると、アサイン処理（ステップＴ41）に移行する。アサ
イン処理では、まず、検出音モジュールを順次走査し、
ステイタスがNewONのものが有るかどうかチェックす
る。ステイタスがNew ONのものが見つかると、図17に示
した発音モジュールの空き領域（ステイタスがOFF 中の
もの、あるいはメンコマンド（コマンドなし）のもの）
を検索し、空き領域が有ると、その空き領域に、アタッ
クコマンドとともに、該検出音モジュールの音階番号
（TONE No.）を割り当てる。また、検出音モジュールを
走査して、ステイタスがNew OFF のものを見つけると、
該当する発音モジュールにリリースコマンドをセットす
る（ステップＴ42）。この発音モジュールに新たにアタ
ックコマンドとともに、セットされた音階番号（TONE N
o.）は、図14の楽音発生回路９のチャネルに割り当てら
れ、楽音発生回路９は、割り当てられた音階番号（TONE
No.）の音階の音をオーディオシステム10及びスピーカ
11を介して、発音させる。また、発音モジュールに割り
当てられていた音階にリリースコマンドがセットされる
と、その音階の音の発音が停止される。

【０１０６】したがって、上記ON中処理及び今回New ON
処理により、チャタリング防止処理及び選別処理が行な
われた音階音について、発音させることができる。上記
一連の処理を楽音発生回路９のチャネル（実施例では、
４つ）の全てに対して実行し、発音処理及び発音の停止
処理を行なう。いま、図25に示すような曲については、
音階検出装置５でフィルタ処理が行なわれた後、音響入
力としてＣＰＵ２に入力され（図25では、Ａ₄＝４４０H
zの例）、ＣＰＵ２は、上記ON中処理や今回New ON処理
等を施して、選別した音階についてのみ、発音処理を開
始し、発音停止時においても、ON中処理によりチャタリ
ング防止処理を行なって、発音の停止を行なう．

【０１０７】このように、ＤＳＰを使用して、入力され
る音響信号を、時分割でディジタルフィルタリング処理
を行って音階音を検出することができ、安価な回路で、
かつ高速で処理することができる。

【０１０８】また、今回New ONとなった音階音を、今回
New ON選別処理により、そのエンベロープ値に基づい
て、今回検出値取込みバッファから削除するかどうかを
選別することができ、真に発音させるべきデータをエン
ベロープ値に基づいて選別することができる。すなわ
ち、無音の状態から音響信号が入力された場合には、通
常、その音の立上がり部分では、種々の倍音や不規則倍
音が現れ、エネルギーが分散されて突出した成分が見ら
れないときには、今回New ON選別処理により、発音の候
補から除外される。

【０１０９】この無音の状態から入力された音響信号が
引続き入力され続けると、基音となる成分に対して他の
成分は大きく減衰するため、相対的に基音の成分が強調
され、今回New ON選別処理で、発音の候補とその他の不
要な音とを選別することができる。

【０１１０】さらに、鍵盤付電子楽器等の離鍵時にチャ
タリングが発生した場合には、チャタリングタイマーを
用いたON中処理を行なうことにより、発生中の音の消音
を自然なものとすることができる。

【０１１１】その結果、入力される音響信号を、時分割
でディジタルフィルタリング処理を行って音階音を検出
することができるとともに、この音階音の状態を監視
し、音階音の状態に応じて発音用音階音としての割り当
てや発音音階音からの削除を行うことにより、楽音とし
て好ましくない音の発生を防止することができ、また、
実演奏上の使用性を向上させることができる。

【０１１２】なお、上記実施例においては、楽音発生回
路９のチャネル数が４の場合について説明したが、これ
に限るものではなく、任意に設定することができる．

【０１１３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ピアノ等
の楽器や電子楽器等から発生された音響信号を、その音
響信号の立ち上がりから停止までの状態変化に対応し
て、発音用の音階として正確に割り当て、また削除する
ことができるので、人間にとって聞きごこちのよい状態
として音階音を割り当てることができるとともに、誤動
作も防止されて実演奏上の使用性を向上させることがで
きる。

【０１１４】さらに、音響信号として新たに検出した音
階音であるかどうかの状態変化情報と、各音階の状態が
継続している時間に関する状態継続情報と、に基づいて
発音用の音階として割り当て、また発音用音階から削除
することができるので、楽音の立ち上がり等音階が不安
定な部分で、人間が聞いてその楽音の主要な音階として
感じる音階以外の音階を抽出した場合でもその音階を発
音用の対象から外すことができ、人間が聞いて楽音とし
て好ましい音階のみを、正確に発音用の音階として割当
てることができる。また、継続して発音されている音階
音が存在している場合には、発音用音階音から誤って削
除されることを防止することができ、実演奏上の使用性
を向上させることができる。

【０１１５】請求項２記載の発明によれば、電子楽器に
おいて、入力される音響信号の立ち上がりから停止まで
の状態変化に対応して、発音用の音階として正しく割り
当て、また削除し、発音用音階として登録された音階の
みを、楽音発生手段により楽音として発生することがで
きるとともに、発音用音階から削除された音階の楽音の
発生を停止することができるので、人間によって聞きご
ごちのよい状態として音階音を割り当てて、楽音として
発生させることができるとともに、実演奏上の使用性も
向上させることができる。

【０１１６】さらに、電子楽器において、音響信号とし
て新たに検出した音階音であるのかどうかの状態変化情
報と、各音階の状態が継続している時間に関する状態継
続情報と、に基づいて、入力された音響信号を発音用の
音階として正しく割り当て、また発音用音階から削除で
き、発音用音階として登録された音階のみを楽音発生手
段により楽音として発生することができるとともに発音
用音階から削除された音階の楽音の発生を停止すること
ができる。その結果、ピアノ等の楽器や電子楽器等から
発生された音響信号を、その音響信号の立ち上がりから
停止までの状態変化に対応して、楽音を発生させ、また
楽音の発生を停止させることができる。このため、楽音
の立ち上がり等音階の不安定な部分で、人間が聞いてそ
の楽音の主要な音階として感じる音階以外の音階を発生
させないようにすることができ、人間が聞いて楽音とし
て好ましい音階のみを、楽音発生手段により発生させる
ことができるとともに、継続して発音されている音階音
が存在している場合には、楽音として継続して発生させ
ることができ、実演奏上の使用性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願各発明による楽音検出装置及びそれを用い
た楽音発生装置の一実施例の基本原理を示す構成図。

【図２】図１のハイパスフィルタＨｔ（ｚ） の周波数
特性図。

【図３】図１を改良した原理による構成図。

【図４】図３のハイパスフィルタＨ₁(z)とローパスフィ
ルタＨ_2t(z) をカスケード接続したときの周波数特性
図。

【図５】図３のハイパスフィルタＨ₁(z)の構成図。

【図６】図５のハイパスフィルタＨ₁(z)の周波数特性
図。

【図７】図３のローパスフィルタＨ_2t(z) の構成図。

【図８】図７のディジタルフィルタの極と零点及び極ベ
クトルと零点ベクトルを示す図。

【図９】図８に対応てして周波数特性を表した図。

【図10】図７のローパスフィルタＨ_2t(z) の周波数特性
図。

【図11】図３のローパスフィルタＨ_E(z)の構成図。

【図12】図11のローパスフィルタＨ_E(z)の周波数特性
図。

【図13】図11の構成によりエンベロープ抽出がなされる
ことを説明する説明図。

【図14】本願各発明の楽音検出装置及びそれを利用した
楽音発生装置の一実施例の全体回路構成図。

【図15】図14のＣＰＵ２に形成される今回検出値取込み
バッファの構成図。

【図16】図14のＣＰＵ２に形成される検出音モジュール
の構成図。

【図17】図14のＣＰＵ２に形成される発音モジュールの
構成図。

【図18】図14のＤＳＰ44の内部回路構成図。

【図19】図18のＤＳＰ44によるディジタルフィルタ処理
及びエンベロープ抽出処理のフローチャート。

【図20】音階検出装置５で検出した音階を楽音発生装置
９で発生・停止させるまでのＣＰＵ２での基本的な処理
を示すフローチャート。

【図21】図20の検出音階音発生処理の詳細な処理を示す
フローチャート。

【図22】図21の続きの処理を示すフローチャート。

【図23】図21のさらに続きの処理を示すフローチャー
ト。

【図24】図21のさらに続きの処理を示すフローチャー
ト。

【図25】実施例の動作説明図。

【符号の説明】

１ 楽音発生装置 ２ ＣＰＵ ３ ＲＯＭ ４ ＲＡＭ ５ 音階検出装置 ６ キーボード ７ ディスプレイ ８ プリンタ ９ 楽音発生回路 10 オーディオシステム 11 スピーカ 12 バス 44 ＤＳＰ 45 フィルタ係数ＲＯＭ 46 ワークＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−154298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−21498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−12273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−7811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−12018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11129（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−26091（ＪＰ，Ｕ) 特許2775651（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−51838（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−55679（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 1/00 G10G 3/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音響信号を表現するディジタル波形信号に
   対して、異なる特性のディジタルフィルタリング処理を
   時分割で順次行うことにより各音階に対応した周波数に
   関する周波数のスペクトルのレベルを検出するディジタ
   ル信号処理手段と、前記 ディジタル信号処理手段によるディジタルフィルタ
   リングの処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる
   １乃至複数の音階音を検出する音階検出手段と、前記 音階検出手段の検出した音階音のうちそのレベルが
   所定の基準値を超えた音階音を記憶する検出音記憶手段
   と、 前記検出音記憶手段に記憶した音階音の遷移情報とし
   て、前記音階検出手段が新たに検出した音階音であるの
   かどうかの状態変化情報と、各音階の状態が継続してい
   る時間に関する状態継続情報と、を記憶する検出音モジ
   ュールと、 楽音発生用の音階音とその音階音の楽音発生用音階音と
   しての状態を示す情報を記憶する発音モジュールと、前記 音階検出手段により検出された前記検出音階記憶手
   段に記憶された音階に対して、前記検出音モジュールの
   遷移情報及び前記発音モジュールに記憶された情報に基
   づいて、前記発音モジュールに楽音発生用の音階として
   登録するかどうかを制御するとともに、前記発音モジュ
   ールに登録された音階音を削除するかどうかを制御する
   制御手段と、 を備えたことを特徴とする音階検出装置。
2. 【請求項２】音響信号を表現するディジタル波形信号に
   対して、異なる特性のディジタルフィルタリング処理を
   時分割で順次行うことにより各音階に対応した周波数に
   関する周波数のスペクトルのレベルを検出するディジタ
   ル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段によるディジタルフィルタ
   リングの処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる
   １乃至複数の音階音を検出する音階検出手段と、 前記音階検出手段の検出した音階音のうちそのレベルが
   所定の基準値を超えた 音階音を記憶する検出音記憶手段
   と、 前記検出音記憶手段に記憶した音階音の遷移情報とし
   て、前記音階検出手段が新たに検出した音階音であるの
   かどうかの状態変化情報と、各音階の状態が継続してい
   る時間に関する状態継続情報と、を記憶する検出音モジ
   ュールと、 楽音発生用の音階音とその音階音の楽音発生用音階音と
   しての状態を示す情報を記憶する発音モジュールと、 前記音階検出手段により検出された前記検出音階記憶手
   段に記憶された音階に対して、前記検出音モジュールの
   遷移情報及び前記発音モジュールに記憶された情報に基
   づいて、前記発音モジュールに楽音発生用の音階として
   登録するかどうかを制御するとともに、前記発音モジュ
   ールに登録された音階音を削除するかどうかを制御する
   制御手段と、 前記制御手段により前記発音モジュールに楽音発生用の
   音階として登録された音階音に対応する楽音を発生する
   楽音発生手段と、 を備えたことを特徴とする楽音発生装置。