JP3419175B2 - エンベロープ検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】 この発明は、エンベロープ
検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】入力された音声や楽音のエンベロープを
検出して、そのエンベロープ出力値を楽音制御に使用す
ることが行われている。例えば、フィルタのカットオフ
周波数を制御したり、ギターの音や音声のピッチを検出
し、そのピッチで楽音発生させる際の振幅制御のための
振幅エンベロープに使われたりする。 【０００３】図４に、入力信号のエンベロープを検出す
るエンベロープ検出回路の一例を示す。この図において
入力信号は絶対値化部６０に入力され、絶対値をとられ
るので結果的に全波整流したものになる。次に、加算器
６２に入力され、遅延器６５の出力を２の補数表現した
ものと加算され、乗算器６３とセレクタ６１に出力す
る。乗算器６３では加算器６２の出力とセレクタ６１の
出力が乗算される。セレクタ６１は加算器６２の出力が
正または０の場合は係数Ｔａを選択し、負の場合はＴｒ
を選択する。乗算器６３の出力は加算器６４に供給さ
れ、遅延器６５の出力と加算されてエンベロープ出力と
して出力される。またこの信号は遅延器６５にも供給さ
れて、１サンプリング周期の遅延を施された後に出力さ
れる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】図４のセレクタ６１で
は入力信号が１サンプル前のエンベロープ値より大きい
時は係数Ｔａを選択する。Ｔａを「１」としてみると入
力信号が上昇しているときは常にＴａ（＝１）を選択
し、下降するときに係数Ｔｒを選択する。Ｔａ、Ｔｒの
添字ａは「アタック」、ｒは「リリース」の意味であ
る。Ｔｒの値を大きくするとエンベロープは速く減衰す
るが、入力信号の振幅変動を反映し、リリース中であっ
ても、振幅変動によるレベル上昇を招く。図１６にその
様子を示す。絶対値化部６０にて絶対値をとられた後の
入力波形のエンベロープ出力値である。リリース中の振
幅変動に追従してエンベロープ出力が上昇しているのが
示されている。 【０００５】これは音楽的に検出してほしくないもので
あるため、Ｔｒの値を小さくする。するとリリース中の
不必要なレベル変動はなくなるが、リリースが長くな
り、入力信号がかなり減衰してもエンベロープ値は減衰
しないので、エンベロープでフィルタのカットオフ周波
数を制御する場合には、フィルターによる音色変化が少
ないなどの問題があった。図１６の点線部分がＴｒを小
さくしたときのエンベロープ出力である。入力信号波形
のレベルが十分減衰しているにもかかわらず、エンベロ
ープ出力値が高いことを示す。 【０００６】この発明の目的はリリース中のレベル変動
を検出せず、さらに入力信号の減衰に追従するエンベロ
ープ検出を行う装置を提供することである。 【０００７】 【課題を解決するための手段】 これら課題を解決する
ために、 供給された入力信号を絶対値化した後、該供
給された入力信号の１サンプル前に算出したエンベロー
プ値を減算し、該減算した値に係数を乗算して前記１サ
ンプル前に算出したエンベロープ値を加算することによ
り前記供給された入力信号のエンベロープ値を算出する
エンベロープ検出装置において、前記供給された入力信
号の１サンプル前に算出したエンベロープ値が前記供給
された入力信号の絶対値より大きくなったときから、時
間経過に応じて前記係数を変化させる係数制御手段とを
備えた。 【０００８】 【発明の実施の形態】図２はこの発明にかかる効果付与
装置を備えた電子楽器の回路構成を示すもので、この電
子楽器では、楽音発生、効果付与などがマイクロコンピ
ュータを含む制御部によって制御されるようになってい
る。制御部２２には音源２０、効果付与部２１、鍵盤部
２３、表示部２４、操作子部２５、ＭＩＤＩＩ／Ｆ（イ
ンターフェース）２６が接続され、音源２０には効果付
与部２１が、効果付与部２１にはサウンドシステム２７
が接続されている。 【０００９】鍵盤部２３は多数の鍵を有し、各鍵盤を操
作するとその操作が鍵操作情報として検出されるように
なっている。演奏情報入力手段としては、鍵盤４６の他
に、ＭＩＤＩＩ／Ｆ２６を介し、他のＭＩＤＩ機器から
演奏情報を入力するようにしてもよい。制御部２２はＣ
ＰＵ（中央処理装置）とその動作を制御するプログラム
を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、途中の計
算結果や、各種フラグ、楽音制御データなどを一時的に
記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを含
み、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って楽音発
生、効果付与などのための各種処理を実行し、各部に指
示を送る。 【００１０】音源２０は、各々ディジタル楽音信号を発
生するための複数の楽音チャンネルを有するもので、こ
れらのチャンネルからの楽音信号は時分割的に効果付与
部２１に供給される。鍵盤部２３で複数の鍵が同時に押
されると、これらの鍵に対応する音高情報及びキーオン
信号が制御部２２から複数の楽音発生チャンネルに供給
され、各々楽音発生チャンネルから楽音信号が同時的に
発生される。音源２０で発生された楽音信号は効果付与
部２１に送られ、各種効果付与のための処理を行う。効
果付与部２１で処理された楽音信号はＤＡＣ、増幅器、
スピーカから構成されるサウンドシステム２７に出力さ
れる。ＤＡＣではデジタル／アナログ変換を行い、アナ
ログ信号に変換された楽音信号は増幅器で所定のレベル
まで増幅された後、スピーカにより音響エネルギーとし
て放音される。 【００１１】操作子部２５は、各種スイッチ、コントロ
ーラなどを含み、それらの操作子が操作されるとそのイ
ベントを検出し、制御部２２に送られる。ＭＩＤＩＩ／
Ｆ２６はＭＩＤＩ端子を含み、外部とのＭＩＤＩ信号と
のインターフェースを行う。表示部２４は、電子楽器の
動作状態、各種パラメータの設定状況、音色名などさま
ざまな情報を表示するためのもので、ＬＣＤ、ＬＥＤ、
ＣＲＴなどの表示装置で構成される。表示される内容
は、制御部２２からの指示によって決まる。 【００１２】効果付与部２１はＤＳＰ（Digital Signal
Processor ）で構成されるため、制御部２２に備えら
れているＲＯＭに記憶されているプログラムを効果種類
に応じて効果付与部２１の内部にロードして、そのプロ
グラムを実行することによって、所望の効果を入力信号
に付与することができる。そこで、この発明にかかる効
果のプログラムをＲＯＭからロードすることにして説明
をすすめる。 【００１３】図１は効果付与部２１における、この発明
にかかる効果プログラムによって行われる処理をブロッ
ク図として示したものである。音源２０からの入力信号
は３つに分けられ、それぞれ２者択一式のスイッチ１、
スイッチ２の一方の入力に、また、エンベロープ検出部
７に入力される。スイッチ１の出力はディストーション
効果部５に入力されてディストーション効果を付与され
て出力される。ディストーション効果部５の出力は２つ
に分けられ、１つは２者択一式のスイッチ３の一方の入
力に入力される。もう１つはスイッチ２の他方の入力に
入力される。 【００１４】また、スイッチ２の出力はワウ効果部６に
入力され、ワウ効果を付与されて出力される。ワウ効果
部６の出力は２つに分けられ、１つはスイッチ３の他方
の入力に入力される。もう１つはスイッチ２の他方の入
力に入力される。スイッチ３の出力は、効果付与部２１
の外部に出力され、サウンドシステム２７に入力され
る。 【００１５】ディストーション効果部５は入力される信
号を非線形変換し、出力するものであって、方法として
は、レベルを増大させてクリップさせてしまう方法、非
線形テーブルを通す方法、非線形演算によって非線形変
換する方法などがあるが、どの方法を用いてもよい。ワ
ウ効果部６ではフィルタのカットオフ周波数を演奏情報
などでリアルタイムに動かすことによる周波数スペクト
ルのレベル変化によって音色が変化する効果が得られ
る。詳しくは後述する。 【００１６】エンベロープ検出部７では、入力信号のエ
ンベロープを検出し、検出されたエンベロープ信号は第
１係数変換部８でカットオフ周波数に対応する係数に変
換される。第１係数変換部８はテーブルまたは演算手段
で構成されて、入力されるエンベロープ信号を係数に変
換する。変換された係数はスイッチ４に入力される。ス
イッチ４のもう一方の入力端子には操作子部２５に備え
られているコントローラの出力が第２係数変換部９に
て、第１係数変換部８と同様の係数変換を施されて入力
されている。第１係数変換部８と第２係数変換部９を１
つにまとめてスイッチ４の後段に設けて、エンベロープ
検出部７またはコントローラの出力を変換してもよい。
このように構成すると係数変換部を共通化できる。 【００１７】スイッチ４は操作子部４に設けられるコン
トローラ／タッチワウ切換スイッチ、または音色選択に
応じて切り替えられる。これによって、カットオフ周波
数を検出されたエンベロープ（タッチワウに対応）に応
じて制御したいときと、コントローラによって直接制御
したいときとを場合によって使いわけることができる。
また、音色データの中にスイッチ４を制御するデータを
記憶させるようにすると、音色選択に応じて適した制御
方法に自動的に切り替えることができる。 【００１８】フィルタ特性選択部１０は操作子部４に設
けられたフィルタ特性選択操作子（図示せず）による操
作や、音色選択に応じてフィルタ特性の選択を行うべ
く、選択された特性のフィルタ出力を行うようにワウ効
果部６に係数を供給する。 【００１９】スイッチ１、２、３は操作子部２５に備え
られるプリ／ポスト切換スイッチによって連動して切り
替えられる。また、音色選択などに応じて切り替えられ
る。スイッチ１、２、３が連動して切り替えられること
によって、入力信号、ディストーション効果部５、ワウ
効果部６、効果付与部２１の外部への出力の接続状態が
切換られる。図１の状態では入力信号はワウ効果部６に
は入力されるが、ディストーション効果部５には入力さ
れない。ディストーション効果部５にはワウ効果が付与
された信号が入力され、さらにディストーション効果が
付与されてスイッチ３を介して効果付与部２１の外部に
出力される。すなわち、効果付与部２１はワウ＋ディス
トーション効果を付与するものとして機能する。また、
スイッチ１、２、３がプリ／ポスト切換スイッチなどに
よって、反対側に切り替えられると効果付与部２１はデ
ィストーション＋ワウ効果を付与するものとして機能す
ることが理解されよう。 【００２０】スイッチ１、２、３が連動して切り替わる
ことにより、ワウ＋ディストーション、ディストーショ
ン＋ワウが簡単に変更できるが、これによって音色にど
のような違いが生じるかを説明する。効果付与部２１に
入力する波形を図７のような三角波とする。その周波数
スペクトルは図８にて示される。これにディストーショ
ン効果を付与すると図９のようになる。その周波数スペ
クトルは図１０である。続いて図９の波形にワウ効果を
付与すると図１１で示される形状となり、周波数スペク
トルは図１２のようになる。すなわち図１１の波形は図
７の入力信号にディストーション＋ワウ効果が付与され
た波形である。 【００２１】一方、図７の入力信号にワウ＋ディストー
ション効果を付与した波形は図１３、その周波数スペク
トルは図１４に示される。そこで、図１１〜図１４を比
較すると波形形状、周波数スペクトルともに異なってい
ることが理解されよう。これは、聴感上の音色の違いと
して聞くことができる。したがって、ワウとディストー
ションの接続の順番を変えるだけで入力信号に異なる効
果を付与できる。 【００２２】図３はワウ効果部６の構成を詳しくしたも
のである。４０〜４７は乗算器、４８〜５１は加算器、
５２、５３は１サンプリング周期遅延する遅延器であ
る。入力された信号は乗算器４０と加算器４８に入力さ
れる。加算器４８にはその他に、遅延器５３の出力と乗
算器４７の出力が２の補数表現になって入力されてい
る。したがって、加算器４８では入力信号から遅延器５
３の出力と、乗算器４７の出力を減算することになる。 【００２３】加算器４８の出力は乗算器４１と４５に入
力される。乗算器４５の出力は加算器４９に入力され
る。また、加算器４９には遅延器５２の出力も入力さ
れ、乗算器４５の出力と加算されて出力される。加算器
４９の出力は乗算器４２、４６、遅延器５２に入力され
る。遅延器５２の出力は加算器４９の他、乗算器４７に
も入力される。乗算器４６の出力は加算器５０に入力さ
れる。加算器５０には遅延器５３の出力も入力され、乗
算器４６の出力と加算されて、乗算器４３、遅延器５３
に出力される。遅延器５３の出力は加算器５０の他、乗
算器４４に入力される。また、上述したように、加算器
４８にも２の補数表現として入力される。乗算器４０〜
４４の出力は加算器５１に入力され、加算されてワウ出
力として出力される。 【００２４】乗算器４５〜４７、加算器４８〜５０、遅
延器５２、５３で構成されるフィルタは、出力の取り出
す場所によって、ローパスフィルタ、ハイパスフィル
タ、バンドパスフィルタ、バンドエリミネイトフィルタ
の４種類のフィルタ特性で入力信号をフィルタリングし
て出力する。乗算器４１〜４４はこれらのフィルタ出力
を選択するために使用される。すなわち、バンドパスフ
ィルタとして使用するときは、加算器４８の出力がバン
ドパスフィルタの特性となっているので、乗算器４１の
係数ｂｐを１とし、他の乗算器４０、４２〜４４の係数
を０にする。 【００２５】ハイパスフィルタとして使用するときは、
加算器４９の出力がハイパスフィルタの特性となってい
るので、乗算器４２の係数ｈｐを１とし、他の乗算器４
０、４１、４３、４４の係数を０にする。ローパスフィ
ルタとして使用するときは、加算器５０の出力がローパ
スフィルタの特性となっているので、乗算器４３の係数
ｌｐを１とし、他の乗算器４０、４１、４２、４４の係
数を０にする。バンドエリミネイトフィルタとして使用
するときは、加算器４９の出力と遅延器５３の出力と合
わせるとバンドエリミネイトフィルタの特性となるの
で、乗算器４２の係数ｈｐと乗算器４４の係数ｂｅを１
とし、他の乗算器４０、４１、４３の係数を０にする。
これらの係数は、フィルタ特性選択部１０から送られて
きて、所望のフィルタ特性が付与された出力を選択す
る。 【００２６】乗算器４５、４６には第１係数変換部８を
介してエンベロープ検出部７または第２係数変換部９を
介してコントローラからの出力が供給されて、フィルタ
のカットオフ周波数をダイナミックに動作させる。乗算
器４７には所望のフィルタ動作に必要な係数が供給され
る。 【００２７】図５はエンベロープ検出部７の詳細構成を
示したものである。図４と同じ機能、動作をする絶対値
化部６０、セレクタ６１、加算器６２、乗算器６３、加
算器６４、遅延器６５については説明を省略する。新た
に追加された構成部は加算器６２の出力が負の場合にセ
レクタ６１で選択される係数を出力する部分である。こ
れは加算器６６、セレクタ６７、遅延器６８、乗算器６
９から構成されている。 数値Ｔｄは加算器６６に供給
され、遅延器６８の出力と加算される。この加算器６６
はオーバーフロープロテクト機能をもっており、加算に
よってオーバーフローしても、オーバーフローをする直
前の最大値の値を保つ。その加算結果はセレクタ６７に
供給される。セレクタ６７には数値Ｔｂも供給され、加
算器６２の出力を選択信号とする。セレクタ６７の出力
は乗算器６９で係数Ｔｒと乗算されてセレクタ６１に供
給される。 【００２８】加算器６２の出力が、正または０のとき
は、セレクタ６７は係数Ｔｂを選択する。選択されたＴ
ｂは遅延器６８に記憶される。また乗算器６９で係数Ｔ
ｒと乗算されるが、セレクタ６１では係数Ｔａを選択し
ているので、乗算器６９の乗算結果はエンベロープ検出
値に反映されない。加算器６２の出力が負になると、セ
レクタ６７は加算器６６の出力結果を選択する。このと
き、遅延器６８には数値Ｔｂが記憶されているので、加
算器６６の加算結果はＴｄ＋Ｔｂである。これは、乗算
器６９でＴｒと乗算されるのでセレクタ６１に供給され
るのは（Ｔｄ＋Ｔｂ）＊Ｔｒである。次のサンプル以降
は数値Ｔｄが加算器６６で累算されるようになる。 【００２９】セレクタ６７の出力の様子を図６に示す。
加算器６２の出力が負のときは数値Ｔｂが選択されてい
るが、正または０になったとき、数値Ｔｄが加算され、
以降、１サンプリング周期毎にＴｄが加算される。した
がって階段状の部分の縦方向のステップ幅はＴｄであ
り、時間方向のステップ幅は１サンプリング周期であ
る。 加算がつづけられ、その結果オーバーフローする
と最大値を保つ。エンベロープ検出値に反映されるのは
加算器６２の出力が負から０以上になったときからであ
るので、その部分の値に、乗算器６９で係数Ｔｒを乗算
させられた値が加算器６２の出力値と乗算器６３で乗算
され、加算器６４で１サンプル前のエンベロープ値と加
算されてエンベロープ出力となる。 【００３０】入力信号がアタックからリリースに移行し
たときは、最初は小さい係数をかけられるので、エンベ
ロープの減衰は遅いが、徐々に係数が増大し、減衰が速
くなる。したがって、リリースが始まってある時間内に
発生するレベル変動はエンベロープ出力値が大きいので
検出されない。しかも、入力信号の減衰が進むと、係数
が増大するのでエンベロープ出力値は速く減衰するよう
になり、入力信号レベルがほとんどないのにエンベロー
プ出力値が大きいという不都合を回避できる。その結
果、図１５に示すように、リリース中の振幅変動に影響
されず、しかも減衰した入力信号レベルに近いエンベロ
ープ出力値が得られる。 【００３１】発明の実施の形態ではディストーションを
非線形特性をもつ効果として挙げたが、他の非線形特性
を持つ効果例えば、エキサイタやオーバードライブなど
の非線形効果であってもよい。また、２つの効果の両方
とも非線形特性をもつ効果であってもよい。発明の実施
の形態ではＤＳＰとそれを制御するマイクロプログラム
にて構成要素を構成していたが、ＣＰＵをそのソフトウ
エアによって実現してもよいことはもちろんであるし、
ハードウエアのみ、またはソフトウエアとの混合で実現
してもよい。発明の実施の形態では音源２０の出力のエ
ンベロープを検出していたが、これに限らず、電気楽
器、自然楽器の楽音、音声などをマイクロホン、または
ピックアップで電気信号に変換後、ＡＤコンバータでデ
ジタル信号化したもののエンベロープを検出するために
用いてもよいことはもちろんである。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように、リリース時のレベ
ル変動を拾うことなく、入力信号の減衰に追従するエン
ベロープ検出ができるようになったので、より演奏者の
意図どおりのエンベロープが得られるようになった。さ
らにこのエンベロープをフィルタのカットオフ周波数制
御に使用することにより、従来のレベル変動によるカッ
トオフの戻りがなく、入力信号の減衰に追従して音色変
化するフィルタ制御が可能になった。

【図面の簡単な説明】 【図１】効果付与部２１で処理される効果処理の一例を
説明するための図である。 【図２】電子楽器のブロック図である。 【図３】ワウ効果部６で行われる処理を説明するための
図である。 【図４】従来のエンベロープ検出装置を説明するための
図である。 【図５】この発明に係るエンベロープ検出装置を説明す
るための図である。 【図６】 セレクタ６７の出力を時間軸を横軸にして表
した図である。 【図７】効果付与部２１に入力する三角波の形状を示す
図である。 【図８】図７で示す三角波の周波数スペクトルを示す図
である。 【図９】三角波にディストーション効果を付与した後の
波形形状を示す図である。 【図１０】図９で示す波形の周波数スペクトルを示す図
である。 【図１１】三角波にディストーション＋ワウ効果を付与
した後の波形形状を示す図である。 【図１２】図１１で示す波形の周波数スペクトルを示す
図である。 【図１３】 三角波にワウ＋ディストーション効果を付
与した後の波形形状を示す図である。 【図１４】 図１３で示す波形の周波数スペクトルを示
す図である。 【図１５】この発明に係るエンベロープ検出によるエン
ベロープ出力値を示す図である。 【図１６】従来のエンベロープ検出によるエンベロープ
出力値を示す図である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】供給された入力信号を絶対値化した後、該
   供給された入力信号の１サンプル前に算出したエンベロ
   ープ値を減算し、該減算した値に係数を乗算して前記１
   サンプル前に算出したエンベロープ値を加算することに
   より前記供給された入力信号のエンベロープ値を算出す
   るエンベロープ検出装置において、前記供給された入力信号の１サンプル前に 算出したエン
   ベロープ値が前記供給された入力信号の絶対値より大き
   くなったときから、時間経過に応じて前記係数を変化さ
   せる係数制御手段とを具備するエンベロープ検出装置。