JP3489713B2 - 楽音合成装置および方法 - 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、電子楽器などに
適用する楽音合成装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、正弦波の波形が書き込まれて
いるメモリを読み出す速さや順番を変更して種々の波形
を発生するいわゆるＦＭ方式の音源が知られている。Ｆ
Ｍ音源は、ある演算ユニット（オペレータ）から読み出
した正弦波を別の演算ユニットに入力して、正弦波で正
弦波を変調するようにしていくのが基本的な方式であ
る。また、演算ユニットの出力に所定値を乗算して入力
側にフィードバックするものも知られている。特公昭６
１−２０８７５号には、そのようなフィードバックを行
なう演算ユニットを用いた楽音合成装置が開示されてい
る。

【０００３】図５は、従来のフィードバックを行なう演
算ユニットの構成例を示す。５０１は加算器、５０２は
正弦波メモリ、５０３は乗算器を示す。加算器５０１に
は位相入力として変数ｘが加えられるとともに、もう一
方の入力として正弦波メモリ５０２の読み出し出力sin
ｙが適当な帰還率でフィードバックされる。この帰還率
は、回帰パラメータβによって設定される。すなわち、
正弦波メモリ５０２から加算器５０１にフィードバック
するループ内に乗算器５０３が設けられ、正弦波メモリ
５０２の読み出し出力sin ｙに回帰パラメータβを乗算
し、その積β・sin ｙが加算器５０１に入力するように
なっている。加算器５０１の出力ｙはｘ＋β・sin ｙと
なり、この値が正弦波メモリ５０２の実際のアドレス入
力となる。帰還率βは所定値であるが、この帰還率βの
値を、音色に応じて任意の値に設定できるものは従来よ
り知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の図５のような構
成で帰還率βを変更することにより、簡単な構成で読み
出し波形の形状を変化させることができる。しかし、帰
還率βの値を大きくすると、帰還量が多くなり（高周波
成分が多くなる）、特に発生すべき楽音の音高が高くな
るにつれて信号の発振が起こりやすくなるという不具合
があった。また、帰還率βを大きくすると、高周波成分
が多くなりすぎて、いわゆる折り返しノイズが発生する
という不具合があった。

【０００５】この発明は、ＦＭ方式の演算ユニットで自
己帰還ループを有するものを用いた楽音合成装置および
方法において、上述したような信号の発振を抑えるとと
もに、折り返しノイズの発生を防ぐことができるように
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に係る楽音合成装置は、所定の波形データ
を記憶した波形メモリを所望の繰り返し周波数のアドレ
ス信号により読み出すことによって楽音を合成する楽音
合成装置において、発生すべき楽音信号の周波数を指定
する周波数信号を生成出力する周波数信号生成手段と、
前記周波数信号に応じて前記波形メモリの読み出しアド
レス信号を生成出力するアドレス発生手段と、前記周波
数信号に応じた値の重み付け係数であって、発振や折り
返しノイズの防止のため低周波数域と高周波数域とでは
高周波数域の方が小さい値となるような重み付け係数
を、出力する重み付け係数出力手段と、前記波形メモリ
から読み出された波形に対して、前記重み付け係数を用
いた重み付けを行なう重み付け手段と、前記アドレス発
生手段から出力された読み出しアドレス信号に前記重み
付け手段で重み付けされた波形を加え、その結果をアド
レス信号として前記波形メモリから波形を読み出す波形
メモリ読み出し手段とを備えたことを特徴とするを備え
たことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
楽音合成装置において、前記重み付け係数出力手段は、
前記重み付け係数として、低周波数域で一定値を出力
し、高周波数域では周波数が高くなるにつれて漸減する
値を出力するものであることを特徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、所定の波形データ
を記憶した波形メモリを所望の繰り返し周波数のアドレ
ス信号により読み出すことによって楽音を合成する楽音
合成方法において、発生すべき楽音信号の周波数を指定
する周波数信号を生成出力する周波数信号生成ステップ
と、前記周波数信号に応じて前記波形メモリの読み出し
アドレス信号を生成出力するアドレス発生ステップと、
前記周波数信号に応じた値の重み付け係数であって、発
振や折り返しノイズの防止のため低周波数域と高周波数
域とでは高周波数域の方が小さい値となるような重み付
け係数を、出力する重み付け係数出力ステップと、前記
波形メモリから読み出された波形に対して、前記重み付
け係数を用いた重み付けを行なう重み付けステップと、
前記アドレス発生ステップで出力された読み出しアドレ
ス信号に前記重み付けステップで重み付けされた波形を
加え、その結果をアドレス信号として前記波形メモリか
ら波形を読み出す波形メモリ読み出しステップとを備え
たことを特徴とする。請求項４に係る発明は、請求項３
に記載の楽音合成方法において、前記重み付け係数出力
ステップは、前記重み付け係数として、低周波数域で一
定値を出力し、高周波数域では周波数が高くなるにつれ
て漸減する値を出力するものであることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施の形態を説明する。

【００１０】図１は、この発明に係る楽音合成装置およ
び方法を適用した演算ユニットの基本構成例を示す。こ
の演算ユニットは、周波数信号生成器１０１、位相信号
生成器１０２、加算器１０３、基本波形発生部（正弦波
メモリ）１０４、フィルタ１０５、乗算器１０６、およ
び帰還量制御部１０７を備えている。

【００１１】周波数信号生成器１０１は、音高指定情報
（例えば、鍵盤などを演奏操作することにより出力され
るキーコードなど）を入力し、その音高に応じたピッチ
情報である周波数信号ｆを出力する。周波数信号生成器
１０１は、必要に応じて、周波数信号ｆを時間的に変動
させる機能（発生する楽音にビブラートなどの効果を付
加したい場合）なども備えている。位相信号生成器１０
２は、周波数信号生成器１０１からの周波数信号ｆを累
算（サンプリング周期ごと）して位相信号ｘを出力す
る。位相信号ｘは正弦波メモリ１０４を読み出す際の読
み出しアドレスとなる情報であり、基本的には、周波数
信号ｆに応じた周波数の正弦波が正弦波メモリ１０４か
ら読み出されるような位相信号ｘが位相信号生成器１０
２から順次出力されることになる。なお、ここでは本発
明を波形メモリ読み出し方式の楽音合成装置に適用した
例を説明するため、一例として、基本波形発生部１０４
は正弦波メモリとした。

【００１２】加算器１０３、正弦波メモリ１０４、フィ
ルタ１０５、および乗算器１０６は、ループ回路１１０
を構成する。加算器１０３には位相信号生成器１０２か
らの位相信号ｘが入力するとともに、もう一方の入力と
して正弦波メモリ１０４の読み出し出力sin ｙをフィル
タ１０５でフィルタリングした出力ｚが適当な帰還率で
フィードバックされる。この帰還率は、回帰パラメータ
βによって設定される。すなわち、正弦波メモリ１０４
の読み出し出力sin ｙをフィルタ１０５でフィルタリン
グした出力（帰還値）ｚと回帰パラメータβとを乗算器
１０６によって乗算し、その積βｚを加算器１０３にフ
ィードバックしている。加算器１０３の出力ｙはｘ＋β
ｚとなり、この値が正弦波メモリ１０４の実際のアドレ
ス入力（位相信号）となる。フィルタ１０５は音色制御
用のフィルタであり、指定された音色に応じて与えられ
たフィルタパラメータに応じて正弦波メモリ１０４から
の読み出し出力sin ｙをフィルタリングする。このルー
プ回路１１０の発振を防止するようにフィルタ１０５の
パラメータを制御してもよい。正弦波メモリ１０４の出
力側から最終的な出力波形を出力する。

【００１３】回帰パラメータβは、上記ループ回路１１
０における帰還率を示すパラメータである。本実施の形
態において、回帰パラメータβは、従来のように所定値
ではなく、帰還量制御部１０７の制御のもとで出力され
る。すなわち、帰還量制御部１０７は、周波数信号生成
器１０１から出力される周波数信号ｆに応じた回帰パラ
メータβを出力する。具体的には、発音する楽音信号の
周波数が高くなるにつれてループ回路１１０をループす
る信号の高周波成分が多くなり発振が起こりやすくなっ
たり折り返しノイズが発生するようになるので、帰還量
制御部１０７では、周波数信号ｆの値が大きくなる（発
生すべき信号の周波数が高くなる）につれて回帰パラメ
ータβの値を抑えるように（すなわち、発振や折り返し
ノイズが発生しない最大値よりもβの値が小さくなるよ
うに）する。また、指定された音色に応じてβを変更制
御するようにしてもよい。例えば、指定された音色に応
じたβを求めた後に周波数信号ｆの値に応じた上限値で
そのβの値を抑える（リミッタをかける）ようにして最
終的なβを出力したり、周波数信号ｆの値に応じた上限
のβの値を求めた後にそのβの値に１より小さい音色情
報をかけて最終的なβを出力するといった方式がある。
帰還量制御部１０７の構成例およびβの例は、図４で詳
述する。

【００１４】なお、この実施の形態では、図１の演算ユ
ニットが１つで楽音信号を出力するようになっている
が、複数を組み合わせることもできる。例えば、図１の
演算ユニットを１つのオペレータとし（この場合、周波
数信号生成器１０１や位相信号生成器１０２は用いなく
てもよい）、任意のアルゴリズムで複数のオペレータを
組み合わせて楽音信号を生成するようにしてもよい。

【００１５】図２は、この発明に係る楽音合成装置およ
び方法を適用した電子楽器の構成例を示す。この電子楽
器は、プログラムＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２
０１、中央処理装置（ＣＰＵ）２０２、演奏操作子２０
３、係数ＲＯＭ２０４、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・
メモリ）２０５、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロ
セッサ）２０６、ＤＡＣ（ディジタル・アナログ変換
器）２０７、サウンド・システム２０８、およびバスラ
イン２０９を備えている。

【００１６】プログラムＲＯＭ２０１は、ＣＰＵ２０２
が実行する制御プログラムを格納したメモリである。演
奏操作子２０３は、ユーザが演奏操作するための鍵盤な
どである。係数ＲＯＭ２０４は、音色情報その他の各種
係数データを格納したメモリである。ＲＡＭ２０５は、
ＣＰＵ２０２のワーク領域などに用いるメモリである。
ＤＳＰ２０６は音源の役割を果たす。ＣＰＵ２０２は、
この電子楽器全体の動作を制御する。特に、ＣＰＵ２０
２は、演奏操作子２０３の演奏操作を検出し、指定され
た音色で指定された音高の楽音を発生するように、ＤＳ
Ｐ２０６に対して楽音発生の指示を出す。ＤＳＰ２０６
は、その指示に応じてディジタル楽音信号を発生する。
発生したディジタル楽音信号は、ＤＡＣ２０７でアナロ
グ信号に変換され、サウンド・システム２０８により放
音される。バスライン２０９は、上記各部を接続するバ
スラインである。

【００１７】図１の構成の演算ユニットは、図２のＤＳ
Ｐ２０６で実現される。図３は、ＤＳＰ２０６が図１の
演算ユニットの機能を果たすために実行するマイクロプ
ログラムのフローチャートを示す。電子楽器の電源がオ
ンされると、ステップ３０１でＤＳＰ２０６は動作を開
始する。ステップ３０２〜３１１の処理はサンプリング
周期ごとに繰り返される処理である。

【００１８】ステップ３０２では、音高指定情報を読み
込む。ＣＰＵ２０２は、演奏操作子２０３の操作を検出
し、指定された音高情報を所定の制御レジスタに書き込
む。ＤＳＰ２０６は、その制御レジスタを参照すること
により音高指定情報を取得すればよい。次にステップ３
０３で、入力した音高指定情報に基づいて周波数信号ｆ
の値を算出する。これは図１の周波数信号生成器１０１
による処理に相当する。

【００１９】次にステップ３０４で、ステップ３０３で
算出した周波数信号ｆに基づいて位相信号ｘを算出す
る。これは図１の位相信号生成器１０２による処理に相
当する。ステップ３０５では、ステップ３０３で算出し
た周波数信号ｆに基づいて回帰パラメータβを決定す
る。これは図１の帰還量制御部１０７による処理に相当
する。ステップ３０６では、前のサンプリング周期で算
出した帰還値ｚ（所定のレジスタに書き込まれている）
を読み出す。ステップ３０７では、ステップ３０４で算
出した位相信号ｘと、ステップ３０５で決定した回帰パ
ラメータβと、ステップ３０６で読み出した帰還値ｚと
を用いて、正弦波メモリ１０４の読み出しアドレスに相
当する位相信号ｙ＝ｘ＋βｚを算出する。これは図１の
加算器１０３および乗算器１０６による処理に相当す
る。

【００２０】次にステップ３０８で信号波形sin ｙを出
力する。これは図１の正弦波メモリ１０４からの正弦波
読み出し処理に相当する。ステップ３０９では、フィル
タパラメータを読み込む。フィルタパラメータは、指定
された音色などに応じてＣＰＵ２０２が所定の制御レジ
スタに書き込んだものを参照することにより取得する。
ステップ３１０では、読み込んだフィルタパラメータに
基づいて出力波形sinｙにフィルターをかける。これは
図１のフィルタ１０５による処理に相当する。フィルタ
リングの結果は、新たな帰還値ｚとして所定のレジスタ
に書き込む。

【００２１】ステップ３１１では処理を継続するか判別
し、継続する場合は次のサンプリング周期のタイミング
でステップ３０２からの処理を続けるため、ステップ３
０２に戻る。なお、この電子楽器では、電源がオンされ
ている間は、ＤＳＰ２０６は基本的にステップ３０２〜
３１１を永久ループで実行するようになっている。ま
た、実際にはステップ３０２〜３１１のループ処理で生
成した信号に対してエンベロープを付与したりエフェク
トを付与した後にディジタル楽音信号としてＤＡＣ２０
７に出力されるが、それらの処理は図３では省略した。

【００２２】図４（ａ）は、図１の帰還量制御部１０７
の具体的な構成例（その１）を示す。図４（ｂ）は、図
４（ａ）の構成で出力される回帰パラメータβの特性グ
ラフを示す。図４（ａ）の構成では、入力した周波数信
号ｆにシフタ（乗算器）４０１で係数ａを乗算し、その
乗算結果に加算器４０２で係数ｂを加算する。係数ａお
よびｂは、音色に応じてＣＰＵ２０２が指定する。係数
ａは負数、係数ｂは正数とし、周波数信号ｆの値が大き
くなるにつれて回帰パラメータβの値が小さくなるよう
に（すなわち発生する信号周波数が高くなるにつれてβ
の値を抑えるように）する。加算器４０２の加算結果は
リミッタ４０３で所定値のリミット値（その値は音色な
どに応じて決めればよい）で抑えるようにし、低周波域
でβの値を一定値にしている。結果として図４（ｂ）の
実線４１１に示すように、低周波域では一定値のβを出
力し、高周波域では発振や折り返しノイズを防ぐように
ｆに応じて抑えたβを出力するようにしている。

【００２３】図４（ｃ）は、帰還量制御部１０７の別の
構成例（その２）を示す。シフタ４２１と加算器４２２
とリミッタ４２３は、図４（ａ）のシフタ４０１と加算
器４０２とリミッタ４０３に相当するものである。図４
（ｃ）では、係数ａおよびｂ並びにリミッタ４２３のリ
ミット値は音色によらない所定値とし、最終的にリミッ
タ４２３から出力される値は、周波数信号ｆの周波数で
発振や折り返しノイズが発生することがない最大値のβ
であるものとする。そのようなβに対し、乗算器４２４
で音色情報（１より小さいものとする）を乗算して最終
的な回帰パラメータβを出力する。なお、リミッタ４２
３はリミット値１を上限として値を抑えるようにし、１
以上の音色情報を乗算して、最終的なβを出力するよう
にしてもよい。要するに、周波数信号ｆの値に応じて発
振や折り返しノイズが発生しないβの範囲内で、音色情
報に応じたβの変更制御を行なうようにすればよい。

【００２４】上記の発明の実施の形態によれば、周波数
ｆの値が大きいとき回帰パラメータβの値が小さくなる
ようにしているので、楽音の音高が高いときに生じやす
い信号の発振や折り返しノイズの発生を抑えることがで
きる。また、楽音の音高に応じて回帰パラメータβの値
を変更制御しているので、音高に応じた音色の変化を付
けることができる。特に、鋸歯状波を得たい場合は回帰
パラメータβの値をできるだけ大きくするのが望ましい
が、上記実施の形態によれば、発振や折り返しノイズが
発生しない最大のβの値を出力できるので便宜である。

【００２５】なお、図１では最終的な出力を正弦波メモ
リ１０４の出力側から取っているが、これに限らず、ル
ープ回路１１０のどこから最終的な出力を取ってもよ
い。また、フィルタ１０５は無くてもよい。帰還量制御
部１０７は、演算処理によってβを算出出力する構成、
あるいは入力に応じたβを数値テーブルから読み出す構
成など、どのような構成でもよい。正弦波メモリ１０４
は、正弦波でなく他の波形を出力するものでもよい。フ
ィルタ１０５に入力するフィルタパラメータを周波数信
号ｆに応じて変化させるようにしてもよい。

【００２６】また、上記発明の実施の形態では、波形メ
モリ読み出し方式の楽音合成装置および方法に本発明を
適用した例を説明したが、本発明は波形メモリ読み出し
方式以外の楽音合成装置および方法にも適用可能であ
る。その場合は図１の基本波形発生部１０４として、正
弦波メモリの代わりに他の方式の波形発生部を用いれば
よい。例えば、位相信号ｙに基づいて演算などによって
何らかの波形信号を出力する波形発生部などを用いれば
よい。位相信号ｙ自体を波形出力として使用してもよ
い。その場合、基本波形発生部１０４を、入力した位相
信号ｙをそのまま波形出力として出力するようなブロッ
クとすればよい。

【００２７】上記実施の形態は制御された帰還信号βｚ
で位相ｘを変調する方式であるが、その他、βｚに応じ
て波形が変化するような波形発生手段（例えば、複数波
形メモリをβｚに応じて切り替え／選択するなど）を置
き、それに位相ｘを与えて所望の音高波形を得るような
構成を採ってもよい。

【００２８】また、図１ではβｚと位相ｘとの単純な加
算による変調演算としたが、加算のみに限らず、適宜、
各種演算の組み合わせやテーブル参照などによってより
複雑な位相出力ｙを得られるようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、発生すべき楽音信号の周波数に応じて帰還率βを決
定するようにしているので、自己帰還ループでの発振や
折り返しノイズの発生を防ぐことができる。また、発振
や折り返しノイズの発生を防ぐことができる範囲内で、
音色などに応じて帰還率βを変更制御することにより、
楽音の音高に応じた音色変化の効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る楽音合成装置および方法を適
用した演算ユニットの基本構成例を示す図

【図２】 この発明に係る楽音合成装置および方法を適
用した電子楽器の構成例を示す図

【図３】 ＤＳＰが図１の演算ユニットの機能を果たす
ために実行するマイクロプログラムのフローチャート図

【図４】 帰還量制御部の具体的な構成例および回帰パ
ラメータβの特性グラフを示す図

【図５】 従来例を示す図

【符号の説明】

１０１…周波数信号生成器、１０２…位相信号生成器、
１０３…加算器、１０４…基本波形発生部（正弦波メモ
リ）、１０５…フィルタ、１０６…乗算器、１０７…帰
還量制御部。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の波形データを記憶した波形メモリを
   所望の繰り返し周波数のアドレス信号により読み出すこ
   とによって楽音を合成する楽音合成装置において、 発生すべき楽音信号の周波数を指定する周波数信号を生
   成出力する周波数信号生成手段と、 前記周波数信号に応じて前記波形メモリの読み出しアド
   レス信号を生成出力するアドレス発生手段と、 前記周波数信号に応じた値の重み付け係数であって、発
   振や折り返しノイズの防止のため低周波数域と高周波数
   域とでは高周波数域の方が小さい値となるような重み付
   け係数を、出力する重み付け係数出力手段と、 前記波形メモリから読み出された波形に対して、前記重
   み付け係数を用いた重み付けを行なう重み付け手段と、 前記アドレス発生手段から出力された読み出しアドレス
   信号に前記重み付け手段で重み付けされた波形を加え、
   その結果をアドレス信号として前記波形メモリから波形
   を読み出す波形メモリ読み出し手段とを備えたことを特
   徴とする楽音合成装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の楽音合成装置において、 前記重み付け係数出力手段は、前記重み付け係数とし
   て、低周波数域で一定値を出力し、高周波数域では周波
   数が高くなるにつれて漸減する値を出力するものである
   ことを特徴とする楽音合成装置。
3. 【請求項３】所定の波形データを記憶した波形メモリを
   所望の繰り返し周波数のアドレス信号により読み出すこ
   とによって楽音を合成する楽音合成方法において、 発生すべき楽音信号の周波数を指定する周波数信号を生
   成出力する周波数信号生成ステップと、 前記周波数信号に応じて前記波形メモリの読み出しアド
   レス信号を生成出力するアドレス発生ステップと、 前記周波数信号に応じた値の重み付け係数であって、発
   振や折り返しノイズの防止のため低周波数域と高周波数
   域とでは高周波数域の方が小さい値となるような重み付
   け係数を、出力する重み付け係数出力ステップと、 前記波形メモリから読み出された波形に対して、前記重
   み付け係数を用いた重み付けを行なう重み付けステップ
   と、 前記アドレス発生ステップで出力された読み出しアドレ
   ス信号に前記重み付けステップで重み付けされた波形を
   加え、その結果をアドレス信号として前記波形メモリか
   ら波形を読み出す波形メモリ読み出しステップとを備え
   たことを特徴とする楽音合成方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の楽音合成方法において、 前記重み付け係数出力ステップは、前記重み付け係数と
   して、低周波数域で一定値を出力し、高周波数域では周
   波数が高くなるにつれて漸減する値を出力するものであ
   ることを特徴とする楽音合成方法。