JP3160935B2 - 楽音信号形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は記憶されている波形デ
ータを読み出して楽音信号を形成する楽音信号形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】楽音信号形成装置には、楽音信号を形成
するためのデータとして楽音の波形をデータ化した波形
データを記憶したものがある。波形データとしては、楽
音波形をサンプリングクロック毎のレベルデータとして
記憶したものが実用化されている。たとえば、自然楽器
の楽音信号をサンプリングしたサンプリング音源はこの
一例である。このようなサンプリング音源において、同
じ自然楽器でも大きな(ff)楽音と、小さな(p) 楽音とで
も音色（波形）が大きく異なる。このような音量による
音色の違いを実現するため同一楽器の同一音高でffの楽
音とｐの楽音をサンプリングして記憶しておき、楽音信
号を形成する際には、指定された発音レベルに基づいて
これらの波形データを補間して発音レベルに適合する新
たな波形データを生成してこれにより楽音信号を形成す
るようにしたものがある。

【０００３】たとえば、特開平２−２３０１９４号には
複数のレベル，キーコード，ピッチを持つ楽音波形をサ
ンプリングしておき、実際の演奏動作で検出されたレベ
ル，キーコード，ピッチの楽音を三次元的に補間するこ
とによって波形データを求める楽音信号発生装置が示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この楽音信号
形成装置は、記憶されている波形データのうちどの波形
が選択され、それらがどのような比率で補間されるか
が、演奏情報のレベル，キーコード，ピッチのみによっ
て一義的に決定されてしまうため、十分に演奏者の意思
が反映されない欠点があった。

【０００５】この発明は、波形データの読み出しや補間
の比率に演奏情報以外のパラメータを加味することによ
り、演奏動作以外の操作によって演奏者の意思を反映さ
せることができる楽音信号形成装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数種類の
波形データを記憶した波形記憶手段と、演奏動作で発生
された演奏信号に基づいて、波形データを選択するため
の波形選択情報を発生する波形選択情報発生手段と、演
奏者の設定操作に応じたオフセットパラメータを発生す
るパラメータ発生手段と、このパラメータ発生手段にお
いて発生されたオフセットパラメータに基づいて前記波
形選択情報をオフセットさせる変換手段と、変換手段に
よってオフセットされた波形選択情報が所定範囲から外
れたとき、これを前記所定範囲に制限するリミッタ手段
と、 リミッタから出力された波形選択情報で選択された
波形データを読み出し、読み出した波形データに基づい
て楽音信号を形成する楽音信号形成手段と、を有するこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明の楽音信号形成装置では、複数のレベ
ルや複数のキーコードに対応する波形データが波形記憶
手段に記憶されている。どの波形データを読み出すかは
演奏動作に応じて発生する波形選択情報で選択される
が、この波形選択情報は演奏者の操作によって発生する
パラメータによって変換されるため、波形データの選択
がパラメータによって変換されることになる。このよう
にして選択された波形データが読みだされ、複数の波形
データが読みだされたときは、それらを補間して１つの
波形データを生成する。補間の方式は、いわゆる内分・
外分による方式を用い、このデータに所定値を加算・減
算するようにすればよい。演奏情報は、レベル，キーコ
ード，ピッチなどの演奏情報を含んでおり、波形データ
はこれらのデータを軸として一定間隔の多次元マトリッ
クスとして記憶されている。このようにして記憶されて
いる波形データと一致しない演奏情報が発生したとき、
その演奏情報に隣接する複数の波形データを読みだして
補間する。この時に、パラメータ入力手段から入力され
たパラメータを加味してその補間係数を増減する。これ
によって、単純にレベルやキーコードなどによって補間
係数が決定されるのではなく、演奏者の意思を反映した
補間量（波形の変化）の調整をすることができる。

【０００８】

【実施例】まず図８〜図１０を参照してこの発明の実施
例である音源の楽音波形形成の原理について説明する。
図８は、楽音信号形成回路の波形メモリが記憶している
複数の波形データの配列を示す図である。波形メモリは
Ｉ，Ｋ，Ｊを添字とする三次元配列で波形データを記憶
しており、その波形データの総数はｉ×ｊ×ｋ個であ
る。発音可能な音域（キーコード）をｋに分割し、フォ
ルテッシモffからピアニッシモppまでの発音レベル域を
ｊ個に分割し、さらに、同一キーコード内における微妙
なピッチ変動の操作量をｉの段階に分割しており、それ
ぞれの全ての条件の組合わせについて１波長分の波形デ
ータをサンプリングしている。ここで、ピッチとは、単
に音高の微小な上下のみならず、キーコード上下よりも
著しい音色の変化を伴うものである。このピッチパラメ
ータにより、たとえば、図示のようにギターのチョーキ
ング演奏などをシミュレートすることができる。それぞ
れのサンプリング間隔は演奏操作子より入力可能なキー
コード，レベル，ピッチの最小単位よりも大きいもので
ある。たとえば、キーコードは１オクターブ毎にサンプ
リングされ、発音レベルは最大〜最小まで６段階に分割
されてサンプリングされる等である。このため、サンプ
リングされた波形データと一致しない、すなわち、サン
プリング点の中間の演奏情報が入力された場合には、そ
れに隣接する複数の波形データを読みだして補間する。
図９は、演奏情報によってどのサンプリングデータを用
いるかを記憶したテーブルを示す図である。たとえば、
演奏情報としてキーコード（ＫＣ）は０〜１２７を指定
可能であるが、このテーブルにはそれぞれのキーコード
に対応して読み出すべきサンプリングデータ（指定添
字）と、隣接するサンプリングデータとの補間値を記憶
している。補間値は、指定添字で指示されるサンプリン
グデータと指定添字＋１のサンプリングデータとの内分
比を百分率で表した値である。同様にレベルナンバ（Ｌ
Ｖ），ピッチナンバ（ＰＴ）についても同様のテーブル
が設定されている。この図において、キーコードはほぼ
１オクターブごとにサンプリングされ、発音レベルはフ
ルスケール（ff〜pp）を６等分してサンプリングされ、
ピッチに関してはフルスケールを４等分してサンプリン
グされている。このため、それぞれの数値が一増減した
場合の補間値の増減値はそれぞれ異なっている。演奏情
報にはキーコード（ＫＣ），レベルナンバ（ＬＶ），ピ
ッチ（ＰＴ）の全てが含まれているため、これらによっ
て指定された添字Ｉ，Ｊ，Ｋによって１つのサンプリン
グデータ（波形データ）Ｗ(I,J,K) が決定される。

【０００９】図１０を参照して補間演算の方式を説明す
る。演奏情報として入力されたキーコードナンバ（Ｋ
Ｃ），レベルナンバ（ＬＶ），ピッチナンバ（ＰＴ）に
よって図９のテーブルを検索し、添字として。ｉ₁ ，ｊ
₁ ，ｋ₁ が読みだされ、補間値としてmi₁,mj₁,mk₁ が読
みだされたとする。すなわち入力された演奏情報を一定
座標内に表現すると図中Ｐｅｒの黒丸の位置に示される
演奏が行われることになる。この場合には図中白丸に示
す八個の演奏データを読出し、これに、読み出された補
間値に基づく値を乗算して全てを加算することによりＰ
ｅｒの演奏情報に対応する波形データを割り出すことが
できる。波形データの算出式は、 ＷＰ＝ Ｗ(i₁,j₁,k₁)×(1−mi₁/100)×(1−mj₁/100)×(1−mk₁/100) ＋Ｗ(i₁,j₁,k₁+1)×(1−mi₁/100)×(1−mj₁/100)×(mk₁/100) ＋Ｗ(i₁,j₁+1,k₁)×(1−mi₁/100)×(mj₁/100) ×(1−mk₁/100) ＋Ｗ(i₁,j₁+1,k₁+1)×(1−mi₁/100)×(mj₁/100) ×(mk₁/100) ＋Ｗ(i₁+1,j₁,k₁)×(mi₁/100) ×(1−mj₁/100)×(1−mk₁/100) ＋Ｗ(i₁+1,j₁,k₁+1)×(mi₁/100) ×(1−mj₁/100)×(mk₁/100) ＋Ｗ(i₁+1,j₁+1,k₁)×(mi₁/100) ×(mj₁/100) ×(1−mk₁/100) ＋Ｗ(i₁+1,j₁+1,k₁+1)×(mi₁/100) ×(mj₁/100) ×(mk₁/100) である。この補間演算は、波形データの各サンプリグ
タイミングごとに行われる。

【００１０】図１はこの発明の実施例である電子楽器の
ブロック図である。この電子楽器は演奏操作子として鍵
盤１０を備えており、演奏時には操作しないが演奏前に
調節可能な操作子として、音色選択操作子２３、キーコ
ードオフセットボリューム３０，ピッチオフセットボリ
ューム３１，レベルオフセットボリューム３２，キーコ
ードゲインボリューム３６，ピッチゲインボリューム３
７，レベルゲインボリューム３８を備えている。鍵盤部
１０はイニシャルタッチ検出回路１１，押鍵検出回路１
２，アフタタッチ検出回路１３に接続されている。押鍵
検出回路１２は各キーのオンオフ状態を検出し、オンし
ているキーについては、そのキーコードＫＣおよびキー
オン信号ＫＯＮを出力する回路である。イニシャルタッ
チ検出回路１１はオンされたキーのキーオン時の押し下
げ速度（イニシャルタッチ）を検出する回路である。検
出されたイニシャルタッチデータＩＮＴＬはエンベロー
プ発生回路１４，ピッチ変動波形発生回路部１６などに
出力される。アフタタッチ検出回路１３は各キーのキー
オン中の押し下げ強度を検出する回路である。アフタタ
ッチデータＡＦＴＲはエンベロープ波形発生回路部１
４，ピッチ変動波形発生回路部１６などに出力される。
また、音色選択操作子２３は音色選択信号発生回路２４
に接続されており、音色選択信号発生回路２４は音色選
択操作子２３の操作内容に基づいて音色ナンバＴＣを生
成し、バンク群選択回路１５に出力する。バンク群選択
回路１５は１音色１バンクで記憶されている波形データ
群のうちいずれかを選択するバンク群選択信号ＳＬＢＫ
を形成する。

【００１１】また、キーコードオフセットボリューム３
０は、キーコードオフセット発生回路３３に接続されて
いる。キーコードオフセット発生回路３３には音色選択
信号ＴＣが入力されており、キーコードオフセットボリ
ュームの操作量および音色選択信号ＴＣに基づいてキー
コードオフセット信号ＫＯＦＳＴを形成する。同様に、
ピッチオフセットボリューム３１は、ピッチオフセット
発生回路３４に接続されている。ピッチオフセット発生
回路３４には音色選択信号ＴＣが入力されており、ピッ
チオフセットボリュームの操作量および音色選択信号Ｔ
Ｃに基づいてピッチオフセット信号ＰＯＦＳＴを形成す
る。レベルオフセットボリューム３２はレベルオフセッ
ト発生回路３５に接続されている。レベルオフセット発
生回路３５には音色選択信号ＴＣが入力されており、レ
ベルオフセットボリュームの操作量および音色選択信号
ＴＣに基づいてレベルオフセット信号ＬＯＦＳＴを形成
する。さらにまた、同様に、キーコードゲインボリュー
ム３６，ピッチゲインボリューム３７，レベルゲインボ
リューム３８は、キーコードゲイン発生回路３９，ピッ
チゲイン発生回路４０，レベルゲイン発生回路４１に接
続され、音色選択信号ＴＣを参照してキーコードゲイン
信号ＫＧＡＩＮ，ピッチゲイン信号ＰＧＡＩＮ，レベル
ゲイン信号ＬＧＡＩＮを発生する。

【００１２】エンベロープ波形発生回路１４には音色選
択信号ＴＣ，イニシャルタッチ信号ＩＮＴＬ，キーコー
ドＫＣ，キーオン信号ＫＯＮおよびアフタータッチ信号
ＡＦＴＲが入力される。これらのデータに基づいて楽音
信号の発音レベル変化波形であるエンべロープ波形を発
生する。このエンベロープ信号ＥＮＶはレベル値変換回
路１７および乗算回路２０に出力される。レベル値変換
回路１７は入力されたエンベロープ波形の発音レベル値
をＬＯＦＳＴ，ＬＧＡＩＮに基づいてレベルナンバＬＶ
に変換して楽音信号形成回路１９に入力する。

【００１３】ピッチ変動波形発生回路１６にはイニシャ
ルタッチ信号ＩＮＴＬ，キーコードＫＣ，アフタータッ
チ信号ＡＦＴＲ，キーオン信号ＫＯＮおよび音色選択信
号ＴＣが入力される。これらのデータに基づいてピッチ
変動波形信号ＰＩＣＨを発生する。この信号はピッチ値
変換回路１８に出力される。ピッチ値変換回路１８は入
力されたピッチ変動波形信号ＰＩＣＨの値をＰＯＦＳ
Ｔ，ＰＧＡＩＮに基づいてピッチナンバＰＴに変換して
楽音信号形成回路１９に入力する。

【００１４】楽音信号形成回路１９は、図４に示すよう
にコントローラ６０，波形・テーブルメモリ６２，プロ
グラムメモリ６１およびワークＲＡＭ６３からなってい
る。

【００１５】コントローラ６０はマイクロプロセッサを
備えている。コントローラ６０には図１に示すようにピ
ッチナンバデータＰＴ，レベルナンバデータＬＶ，キー
コードＫＣ，キーコードオフセットデータＫＯＦＳＴ，
キーコードゲインデータＫＧＡＩＮ，バンク群選択信号
ＳＬＢＫが入力される。波形テーブルメモリ６２には図
７に示す各サンプリングポイントに対応する波形データ
が三次元配列で記憶されている。また、図９に示すテー
ブルも記憶されている。プログラムメモリ６１には図５
のフローチャートで示すプログラムが記憶されている。
ワークＲＡＭ６３にはデータ処理中に発生する各種のデ
ータが一次記憶される。コントローラ６０が形成した波
形信号ＷＤＡＴＡは乗算器２０に出力される。

【００１６】コントローラ６０はサンプリングタイミン
グごとに図５の動作を実行する。まずＫＯＦＳＴ，ＫＧ
ＡＩＮを読み取り（ｎ１）、補間値ｍｋを補正する。す
なわち、ＫＯＦＳＴの値を加算し、ＫＧＡＩＮの値を乗
算する。この演算処理の結果ｍｋが１００以上になった
場合には指定添字Ｋ（読みだす波形）が変更になるた
め、Ｋに１を加算し（ｎ４）、ｍｋから１００を減算す
る（ｎ５）。一方、ｍｋが０よりも小さい値になった場
合にも同様に指定添字Ｋが変更になる。このため、Ｋか
ら１を減算し（ｎ６）、ｍｋに１００を加算する（ｎ
７）。これらの処理は、指定添字が０またはｋ以外の場
合に行われるもので、指定添字の範囲を越えて行われる
ものではない。これによって決定されたＫ，Ｉ，Ｊに基
づいて波形データの読み出しを行う（ｎ８）。読みださ
れる波形データは、図９に示すように鍵盤部４から検出
された演奏情報を中心とする８個の波形データである。
読みだされた波形データを上述した演算式に基づいて補
間してこの動作のサンプリングタイミングにおける波形
データのプロット値を算出する（ｎ９）。この値をＷＤ
ＡＴＡとして出力する（ｎ１０）。

【００１７】出力された波形データＷＤＡＴＡは乗算器
２０に入力される。乗算器２０には前記エンベロープ波
形発生回路部１４から出力されるエンベロープ信号ＥＮ
Ｖが入力されており、この回路において楽音信号にエン
ベロープが付加される。この信号はＤ／Ａ変換回路２１
に入力される。Ｄ／Ａ変換回路は量子化されたディジタ
ル信号を、連続値であるアナログ信号に変換する回路で
ある。アナログ信号に変換された楽音信号はサウンドシ
ステム２２によって音響信号として出力される。

【００１８】ここで、レベル値変換回路１７，ピッチ変
換回路１８の構成について説明する。これらは同様の構
成を備えているため、レベル値変換回路１７についての
み説明する。図２はレベル値変換回路の構成を示す図で
ある。この回路は、入力側から順に、乗算器７０，加算
器７１，リミッタ７２およびレベルナンバテーブル７３
が接続された構成になっている。エンペロープ信号ＥＮ
Ｖが入力される乗算器７０にはレベルゲインデータＬＧ
ＡＩＮが入力される。すなわち、エンベロープ信号ＥＮ
Ｖは乗算器７０においてレベルゲインデータＬＧＡＩＮ
と乗算される。

【００１９】レベルゲインデータＬＧＡＩＮはレベルゲ
インボリューム３８が操作されない時は１である。加算
器７１には乗算した値が入力される。加算器７１におい
ては、ＬＧＡＩＮが乗算されたエンベロープデータＥＮ
Ｖに対してオフセットデータＬＯＦＴが加算される。こ
れにより、エンベロープ信号は上方または下方にシフト
されることになる。このオフセットデータはレベルをセ
ットボリューム３２が操作されない時は０である。リミ
ッタ７２は乗算器７０，加算器７１の処理によって変換
されたエンベロープ信号が所定の範囲に収まるように極
端なシフト量をカットする機能を備えている。このよう
に処理されたエンベロープ信号がレベルナンバテーブル
７３に入力される。エンベロープ信号は、それぞれのタ
イミングにおいては発音レベルを示す信号であるため、
この値に基づいてレベルナンバが割り出される。図３
（Ａ），（Ｂ）はそれぞれレベルナンバテーブルの入力
（ＥＮＶ）と出力（ＬＶ）との対応関係を示す図であ
る。同図（Ａ）のテーブルでは入力が一定値になるまで
出力がなく、その後は直線的に入力と出力が対応してい
る。また同図（Ｂ）のテーブルでは入力に対して出力が
指数関数的に増加している。このような特性は任意に選
択することができ、発音する音色の種類や表現によって
自由に選択することができる。

【００２０】また、図２（Ｂ）はレベル値変換回路１７
の他の構成を示す図である。この構成では、入力側から
レベルナンバテーブル７３，乗算器７４，加算器７５お
よびリミッタ７６が順に接続されている。この構成で
は、まず最初にレベルナンバテーブルによってレベルナ
ンバを算出しておき、算出されたレベルナンバに対して
ゲインデータ，オフセットデータによる補正を行うよう
にしている。

【００２１】更に、図６はレベル値変換回路の他の実施
例を示す図である。この実施例では、レベル値変換回路
１７にレベルナンバテーブルを複数設け、それぞれ異な
る変換特性を持たせるようにした。すなわち、同図
（Ａ）に示すようにエンベロープデータを複数のレベル
ナンバテーブル８０のそれぞれに入力してそれぞれの変
換値を出力させ、セレクタ８１によってそのうち一つを
選択して乗算器８２に入力する。セレクタのセレクト信
号ＬＴＳＥＬは音色によって選択される。このセレクト
信号を出力させるため、上述した図１の構成において、
カッコ内に示すように音色選択信号ＴＣに基づいてセレ
クト信号を出力させるためのレベルテーブル選択回路５
２およびピッチテーブル選択回路５１を設けた。複数の
レベルナンバテーブルの入力／出力の対応関係は同図
（Ｂ）に示す通りである。

【００２２】更に、図７はレベル値変換回路１７の他の
実施例を示す図である。このレベル値変換回路では、入
力されたエンベロープデータＥＮＶおよびオフセットデ
ータ，ゲインデータに基づいてレベルナンバを演算す
る。このためレベルナンバ演算回路９０を備えている。
演算された値が一定範囲から外れたとき、これを制限す
るためリミッタ９１が接続されている。このレベルナン
バ演算回路９０の演算式は、 ＬＶ＝ LGAIN×(LEVEL−LOFST)＋LOFST (LEVEL≧LOFST) ＝ LOFST (LEVEL＜LOFST) また、上記を適用する際、リミットとして 、LEVEL＞1
のとき LEVEL＝1 , LEVEL＜0 のときLEVEL＝0として
もよい。また、他の演算式としては、 ＬＶ＝ LGAIN×(LEVEL−LOFST)² ＋LOFST (LEVEL≧LOFST) ＝ OFST (LEVEL＜LOFST) で表される。以上レベル値変換回路の構成について説
明したが、ピッチ変換回路も全く同様の構成で実現する
ことができる。さらに、キーコードナンバおよびＫＯＳ
ＦＴ，ＫＧＡＩＮによる指定添字および補間値の変換は
楽音信号形成装置内のソフト処理で実行したが、外付け
の回路でこれを行うことも可能である。ただし、キーコ
ードＫＣを大きく変更すると音高が全く異なったものに
なっしまうため、ＫＯＳＦＴ，ＫＧＡＩＮによる変更は
補間値を調整する程度となり、他のパラメータすなわち
ピッチ，レベル比して調整量は微妙となる。

【００２３】また、上記実施例では乗算および加算によ
ってその値を修正したが、他の演算処理によって修正す
ることも可能である。また、この実施例のサンプリング
の系はレベル，キーコード，ピッチであるが、他の要
素、たとえば音色やベロシティなどに基づいてサンプリ
ングしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の楽音信号形成装
置によれば、演奏情報のみならず予め演奏者が設定して
おくパラメータに基づいて波形データの読み出し，補間
が行われるため、演奏によって波形が一義的に決定され
るのではなく、他の演奏者の意思を反映した楽音信号の
形成を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である電子楽器のブロック
図、

【図２】同電子楽器のレベル遅延間回路の構成を示す
図、

【図３】同レベル値変換回路の入力と出力の対応関係を
示す図、

【図４】同電子楽器の楽音信号形成回路の構成を示す
図、

【図５】同楽音信号形成回路の動作を示すフローチャー
ト、

【図６】前記レベル値変換回路の他の実施例を示す図、

【図７】同レベル値変換回路の更に他の実施例を示す
図、

【図８】この発明において用いられる波形データのサン
プリング方式を説明する図、

【図９】この発明において用いられる波形データのサン
プリング方式を説明する図、

【図１０】この発明において用いられる波形データのサ
ンプリング方式を説明する図、

【符号の説明】

１７−レベル値変換回路、１８−ピッチ値変換回路、１
９−楽音信号形成回路、３０−キーコードオフセットボ
リューム、３１−ピッチオフセットボリューム、３２−
レベルオフセットボリューム、３３−キーコードオフセ
ット発生回路、３４−ピッチオフセット発生回路、３５
−レベルオフセット発生回路、３６−キーコードゲイン
ボリューム、３７−ピッチゲインボリューム、３８−レ
ベルゲインボリューム、３９−キーコードゲイン発生回
路、４０−ピッチゲイン発生回路、４１−レベルゲイン
発生回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種類の波形データを記憶した波形記
   憶手段と、 演奏動作で発生された演奏信号に基づいて、波形データ
   を選択するための波形選択情報を発生する波形選択情報
   発生手段と、 演奏者の設定操作に応じたオフセットパラメータを発生
   するパラメータ発生手段と、 このパラメータ発生手段において発生されたオフセット
   パラメータに基づいて前記波形選択情報をオフセットさ
   せる変換手段と、変換手段によってオフセットされた波形選択情報が所定
   範囲から外れたとき、これを前記所定範囲に制限するリ
   ミッタ手段と、 リミッタから出力された 波形選択情報で選択された波形
   データを読み出し、読み出した波形データに基づいて楽
   音信号を形成する楽音信号形成手段と、 を有することを特徴とする楽音信号形成装置。