JP3527396B2

JP3527396B2 - 波形記録装置および波形再生装置

Info

Publication number: JP3527396B2
Application number: JP28297597A
Authority: JP
Inventors: 勉斉藤
Original assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2004-05-17
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11109974A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波形記録装置および
波形再生装置に関し、特に、データの圧縮記録のために
所定周期毎にサンプリングした波形データを波形メモリ
に記録し、再生時には当該記録された波形データを読み
出すとともにサンプルポイント間の波形データ値を補間
により得て出力するようになされた電子楽器の波形記録
および再生方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子ピアノ、電子キーボード、シンセサ
イザ等の電子楽器では、鍵盤部の鍵操作により演奏を行
うことができるようになされている。そして、この演奏
の際に発音されるアナログの楽音信号は、電子楽器の内
部にある波形メモリにあらかじめ記憶されている複数種
類のデジタル楽音波形データを用いて生成するようにな
されている。

【０００３】すなわち、まず、鍵盤部の鍵を演奏者が操
作すると、その操作状態を表す鍵情報や、操作パネル部
の各操作子により設定されている音色などの楽音パラメ
ータ情報に基づいて、上記波形メモリの中から対応する
楽音波形データが読み出される。そして、この読み出さ
れた楽音波形データが加工されて所望とする楽音が生成
されるようになっている。

【０００４】この種の電子楽器では一般に、アナログの
楽音信号を所定周期毎にサンプリングして得た波形デー
タ（各サンプルポイントにおける波形ポイントデータ値
の集合）が波形メモリに記録される。このとき、サンプ
リング周期を短くしてサンプルポイントの数を多くすれ
ばする程、得られる楽音波形データはより元の波形に近
くなる。しかし、それでは波形メモリの記憶量が大きく
なってしまう。

【０００５】そこで、波形メモリのサイズを小さく抑え
つつより元波形に近い波形を得ることができるようにす
るために、サンプルポイントの数を増やさずに波形デー
タを記録し、再生時に読み出した波形ポイントデータか
ら各サンプルポイント間の波形データ値を補間すること
が考えられた。

【０００６】従来、この補間の手法は、比例演算により
２つの波形ポイントデータを直線補間するものであっ
た。しかし、これでは再生波形を元の波形に近づけるこ
とに関しては不十分であることから、例えば特開平３−
２０４６９６号公報に記載されるような手法が更に提案
された。

【０００７】この公報に記載の手法は、図１１に示すよ
うに、２つの波形ポイントデータs(n)，s(n+1)を直線補
間することによって得られる中間演算ポイントデータsm
(n)と、当該中間ポイントにおける真の波形データ値m
(n)との差分データa(n)を、上記波形ポイントデータs
(n)と共に波形メモリに記録する。そして、押鍵に応じ
て波形メモリから楽音波形データを読み出すときに、直
線補間によって得た中間演算ポイントデータsm(n) に対
して差分データa(n)を加算することにより、より本来の
波形に近い波形を発生できるようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、補間に
用いる２つの波形ポイントデータの差が大きくなる程、
中間ポイントにおける補間データと真の波形データ値と
の差も大きくなる可能性が出てくる。特に、元の波形が
高調波を多く含む波形である場合には、補間データとの
差が大きくなる可能性が増大する。このように差が大き
くなる場合は、差分データa(n)の値も大きなものとな
る。そのため、上記従来の手法では、差分データa(n)を
記憶するための記憶領域をある程度大きく確保する必要
があった。

【０００９】一方、元の波形のカーブによっては、２つ
の波形ポイントデータの差が大きくなっても、上記中間
ポイントにおける補間データと真の中間波形データ値と
の差が大きくならないこともある。この場合は、差分デ
ータa(n)の値は小さくなり、割り当てられた記憶領域に
無駄が生じてしまうという問題があった。このことは、
楽音波形データを圧縮記録して波形メモリのサイズを小
さくするという趣旨に反するものである。

【００１０】また、汎用的なメモリは、１つの番地が１
または複数バイト単位で構成されるため、上記公報に記
載の従来例では、波形ポイントデータs(n)と中間導出デ
ータとしての差分データa(n)とを合わせて１６ビットデ
ータとしていた。そのため、差分データa(n)の記憶領域
を大きくすることによって、その分波形ポイントデータ
s(n)の記憶領域が小さくなってしまい、波形ポイントデ
ータs(n)自体の精度が落ちてしまうという問題もあっ
た。

【００１１】なお、上記公報に記載の従来例では、別の
手法として、補間データと真の中間波形データ値との差
が大きい場合にも対応するために、中間導出データのた
めに割り当てられた記憶領域のビットを、波形ポイント
データs(n)に実際に加算する値のマンティッサ部と、こ
のマンティッサ部を波形ポイントデータs(n)のどのビッ
ト部分に加算するかを示す値のパワー部とに分ける手法
が示されている。しかしながらこの手法では、パワー部
があるために加算データ値の精度が粗くなり、得られる
中間波形ポイントデータの精度が落ちてしまうという問
題があった。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、汎用メモリを用いて楽音波形デ
ータを効率よく圧縮して記録できるようにするととも
に、その楽音波形データを読み出して発生する楽音の波
形をより本来の波形に近づけることができるようにする
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の波形記録装置
は、連続する波形サンプル値間の中間波形値を上記波形
サンプル値間の差分を基準とした比率情報で表現し、上
記波形サンプル値と共に波形メモリに記録するようにし
たことを特徴とする。

【００１４】本発明の他の特徴とするところは、上記波
形メモリは１つのアドレスが１６ビットで成る汎用メモ
リであり、各アドレスに上記波形サンプル値と上記比率
情報とを合わせて１６ビットとなるように順次記憶する
ことを特徴とする。

【００１５】本発明のその他の特徴とするところは、上
記連続する波形サンプル値が互いに同一値となる場合
に、上記連続する波形サンプル値の中間波形値が上記波
形サンプル値よりも大きいか小さいかに応じて、一方の
波形サンプル値を僅かに大きくまたは小さくずらして記
憶することを特徴とする。

【００１６】また、本発明の波形再生装置は、連続して
読み出される波形サンプル値間の中間波形値が上記波形
サンプル値間の差分を基準とした比率情報で表現されて
上記波形サンプル値と共に記録された波形メモリ手段
と、発音すべき音高に応じて変化する波形読出アドレス
の整数部に基づき、上記波形メモリ手段から、連続する
波形サンプル値と、上記中間波形値に対応する比率情報
とを読み出す読み出し手段と、上記読み出した連続する
２つの波形サンプル値と上記比率情報とから上記中間波
形値を算出する算出手段と、上記波形サンプル値と、上
記算出された中間波形値と、波形読出アドレスの小数部
とに基づき補間波形値を求める補間手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１７】本発明の他の特徴とするところは、上記補
間手段は、上記波形読出アドレスの小数部が０．５より
小さいときは、上記連続する２つの波形サンプル値のう
ち時間的に前の波形サンプル値と、上記算出された中間
波形値とから上記アドレス小数部に対応した補間波形値
を算出し、上記波形読出アドレスの小数部が０．５以上
のときは、上記連続する２つの波形サンプル値のうち時
間的に後の波形サンプル値と、上記算出された中間波形
値とから上記アドレス小数部に対応した補間波形値を算
出することを特徴とする。

【００１８】本発明のその他の特徴とするところは、上
記読み出し手段により読み出された連続する波形サンプ
ル値間の差分が所定値よりも小さいときに、その差分値
をより大きな値に置換する置換手段を更に備え、上記置
換した値と上記比率情報とから上記中間波形値を算出す
ることを特徴とする。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１および図２を用いて本
発明の特徴を説明する。ここで、図１は、２つの連続す
る波形ポイントデータ値（波形サンプル値）からそれら
の間にある中間波形データ値を求める処理を説明するた
めの図であり、図２は、波形メモリに記録される楽音波
形データのフォーマットの例を示す図である。

【００３１】図１に示すように、本実施形態では、２つ
の連続するサンプルポイントＮ，Ｎ＋１における各波形
サンプル値から、それらの中間ポイントＮ＋0.5 におけ
る中間波形データ値を求める。その際、図２に示すよう
に、波形メモリにサンプルポイントＮの波形サンプル値
と共に記録しておいた差分率の情報、すなわち、各波形
サンプル値の差分を基準（例えば１）として、中間ポイ
ントＮ＋0.5 における真の波形データ値（サンプリング
する前の本来の波形のレベル値）が当該基準に対してど
の割合のところに位置するかを表す情報を用いて、中間
波形データ値を求める。

【００３２】すなわち、まず２つのサンプルポイント
Ｎ，Ｎ＋１における各波形サンプル値の差分を求め、求
めた差分に対して上述の差分率を乗算する。そして、こ
の乗算によって得られた値をサンプルポイントＮにおけ
る波形サンプル値に加算することにより、中間ポイント
Ｎ＋0.5 における中間波形データ値を求める。図１の例
では、差分率は０／８〜７／８の８種類あり、このうち
差分率４／８の場合が通常に直線補間を行った場合に得
られる波形データ値に相当する。

【００３３】このようにして、８種類の差分率のうちの
何れかによって求められる中間波形データ値（図１中に
黒丸●で示した８個の中間ポイントデータ値のうちの何
れか１つ）は、中間ポイントＮ＋0.5 における真の波形
データ値とほぼ同じ値をとる。これにより、単純に直線
補間を行う場合に比べてより本来の波形に近い波形を発
生することができる。しかも、そのための演算を極めて
簡単に行うことができる。このように、本発明の特徴
は、波形サンプル値間の補間にあるのではなく、波形サ
ンプル値間の中間真値を効率よく導出することにある。

【００３４】さらに、中間ポイントＮ＋0.5 における真
値との差分の大きさ自体を情報として持つのではなく、
各波形サンプル値の差分に対してどの比率のところに真
値が存在するのかを差分率によって表しており、その差
分率は０／８〜７／８の８種類であるから、補間に用い
る２つの波形サンプル値の差が大きい場合にも小さい場
合にも僅か３ビットで対応できる。したがって、従来例
として挙げた特開平３−２０４６９６号公報のように、
波形メモリ内における中間導出データの記憶領域を大き
くとる必要がなく、かつ、当該記憶領域を有効に使うこ
とができる。

【００３５】図２に示したように、本実施形態では、波
形メモリとして１６ビットパラレルの汎用メモリを用
い、その下位１２ビットに波形サンプル値を記録し、上
位４ビットに差分率の情報を記録するようにしている。
一般に、波形データは１２ビットあれば元波形とほぼ同
一の精度の良い値が得られることが知られている。そこ
で、１６ビットのうち１２ビットを波形サンプル値のた
めに使い、残りの４ビットを差分率として有効に使うこ
とにより、波形データを効率的に圧縮して記録できるよ
うにするとともに、再生時にはより本来の波形に近い波
形が得られるようにしているものである。

【００３６】このように、差分率の記憶領域には４ビッ
トが割り当てられるので、この４ビットをすべて使って
０／１６〜１５／１６の１６種類の差分率の情報を記録
するようにすることも可能である。この場合には、求め
られる中間ポイントデータ値は、中間ポイントＮ＋0.5
における真の波形データ値に一層近いものとなり、波形
発生の精度を更に上げることができる。

【００３７】なお、サンプルポイントＮと中間ポイント
Ｎ＋0.5 との間における波形データ値、および中間ポイ
ントＮ＋0.5 と次のサンプルポイントＮ＋１との間にお
ける波形データ値は、例えば図１に直線で示したよう
に、各ポイント間の直線補間によって求められる。

【００３８】次に、上述のような本発明の特徴を実施し
た第１の実施形態を説明する。図３は、上述のような本
実施形態による波形記録再生方式を適用した電子楽器シ
ステムの全体構成を示す図である。

【００３９】図３において、１は自然楽器であり、ピア
ノやオルガン、ギター、バイオリン等、異なる波形を有
する楽音を発生する楽器が必要に応じて用いられる。２
は自然楽器１から発せられる演奏音を検出するマイクで
ある。３はサンプラーであり、マイク２で検出したアナ
ログの演奏音を所定周期毎にサンプリングすることによ
り、デジタルの楽音波形データを生成して記憶する。４
は生成された楽音波形データを編集するコンピュータ、
５は電子ピアノ、電子キーボード、シンセサイザ等の電
子楽器である。

【００４０】このように構成された電子楽器システムに
おいて、波形データの記録時には、まず、自然楽器１か
ら発せられる演奏音をマイク２で検出し、それをサンプ
ラー３に収音する。このサンプラー３としては、５０Ｋ
Ｈｚ以上の高サンプリング周波数で動作し、波形データ
を１６ビット以上の精度で記憶する高性能なものを使用
する。したがって、このサンプラー３に記憶されるデジ
タルの楽音波形データは、実際の演奏音とほぼ等しい波
形を有しているものである。

【００４１】そして、このサンプラー３に記憶された楽
音波形データをコンピュータ４に供給し、このコンピュ
ータ４上で以下の述べるような編集を行う。すなわち、
第１に、波形データを利用する電子楽器５の再生周波数
（例えば４４．１ＫＨｚ）を考慮し、サンプリング定理
を十分に満足できる波形が得られる程度にローパスフィ
ルタをかける。

【００４２】第２に、各サンプルポイントにおける波形
サンプル値間の比較や演算、または図１に示したような
差分率表（差分率が１６種類ある場合は、それに対応す
るような図示しない差分率表）の参照により、電子楽器
５内の波形メモリ１１に記憶すべき複数の波形サンプル
値と差分率とを算出する。これを図４を参照して説明す
る。

【００４３】図４において、横軸は時間を示し、縦軸は
波形データ値（１２ビットで表現可能な−２０４８〜２
０４７の値）を示している。また、実線で示した波形
は、サンプラー３に記憶された元波形の例を示してい
る。この元波形上に「●」と「＋」とで表した複数の点
は、少なくともコンピュータ４上に記憶されている元波
形の真のデータ値（真値）を示している（ただし、この
真値はローパスフィルタにより多少は元波形と異なって
いる）。

【００４４】コンピュータ４上では、サンプラー３にお
けるサンプリング周期よりも長い周期毎にサンプリング
したＮ＋０，Ｎ＋１，Ｎ＋２，……の各サンプルポイン
ト上にある「●」で示す真値を、電子楽器５の波形メモ
リ１１に書き込む１２ビットの波形サンプル値として採
用する。また、これらの各サンプルポイントの中間位置
にある「＋」で示す真値が波形サンプル値間の差分に対
してどの程度の比率のところにあるかを算出することに
よって、８種類あるいは１６種類の中から何れか１つの
差分率を特定する。

【００４５】このようにしてコンピュータ４上での編集
によって得られた複数の波形サンプル値と差分率との組
は、電子楽器５内の波形メモリ１１に記録される。この
とき、１６ビットで成る１つのアドレス空間に、１２ビ
ットの波形サンプル値と４ビットの差分率とが１つの組
として記録される。また、この波形メモリ１１には、自
然楽器１の音色、音域および各鍵の操作スピードに関す
るタッチ情報などに応じた種々の波形データが記録され
る。

【００４６】このような波形データの記録処理は、例え
ばコンピュータ４内の図示しない記憶手段に格納された
プログラムに従って図示しないＣＰＵにより実行され
る。この記憶手段は、本発明のコンピュータ読み取り可
能な記録媒体を構成する。記録媒体の例としては、ＲＯ
Ｍ、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディス
ク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮
発性のメモリカードなどがある。

【００４７】次に、電子楽器５における演奏時（波形メ
モリ１１に記録された楽音波形データの再生時）の動作
を説明する。キーボード部１２上で押鍵された鍵の鍵番
号は、アドレス発生部１３に供給される。アドレス発生
部１３は、その内部に図示しない周波数ナンバメモリを
有しており、上述の鍵番号はこの周波数ナンバメモリに
供給される。

【００４８】この周波数ナンバメモリには、各鍵の鍵番
号ごとに、所望とする楽音周波数に対応する数値（整数
あるいは非整数の周波数ナンバ）があらかじめ記憶され
ている。そして、上記鍵番号に対応する周波数ナンバが
この周波数ナンバメモリから読み出され、これがアドレ
ス発生部１３内の図示しない周波数ナンバ演算器に時分
割で供給される。

【００４９】そして、この周波数ナンバ演算器により、
周波数ナンバメモリから時分割で送られてくる周波数ナ
ンバが累算される。このようにして生成された周波数ナ
ンバの累算値の整数部ａ８〜ａ３２は、サンプルポイン
トＮ＋０，Ｎ＋１，Ｎ＋２，……における波形サンプル
値の読み出し位置を指定するためのアドレス情報として
波形メモリ１１に時分割で供給される。

【００５０】これにより、波形メモリ１１からは、上記
累算値の整数部ａ８〜ａ３２に応じたアドレス情報に従
って、対応する１２ビットの波形サンプル値が、同じア
ドレスに記録されている４ビットの差分率の情報と共に
読み出される。そして、こうして読み出された波形サン
プル値および差分率は、サンプルポイント補間部１４に
供給される。

【００５１】サンプルポイント補間部１４では、図１を
用いて説明したような処理により、各サンプルポイント
間にある中間ポイントの中間波形データ値を算出する。
この中間波形データ値は、中間ポイントにおける真の波
形データ値とほぼ等しいものである。さらに、サンプル
ポイント補間部１４では、上記周波数ナンバの累算値の
少数部ａ４〜ａ７を補間係数として、波形メモリ１１か
ら読み出された波形サンプル値と、上述のようにして求
めた中間波形データ値との間をサンプル補間する。この
ようにして得られた補間データは乗算器１５に供給され
る。

【００５２】また、上記キーボード部１２から時分割で
出力される鍵オン／オフ情報および鍵番号は、エンベロ
ープ発生部１６にも供給される。そして、このエンベロ
ープ演算部１６により所定の演算が行われ、例えばアタ
ック、ディケイ、サスティーン、リリースを有するエン
ベロープの演算値が生成される。こうして生成されたエ
ンベロープの演算値は、乗算器１５に供給される。

【００５３】乗算器１５では、サンプルポイント補間部
１４から供給される補間処理の施された波形データと、
エンベロープ発生部１６から供給されるエンベロープ値
とが乗算されることにより、波形データの振幅が制御さ
れる。このようにして振幅制御が施された波形データ
は、デジタル形式の楽音信号として、次段に設けられて
いるＤ／Ａコンバータ１７に出力される。ここで波形デ
ータはアナログ信号に変換され、アンプ１８を介してス
ピーカ１９に与えられることにより、演奏音が発生され
る。

【００５４】上述した波形メモリ１１、アドレス発生部
１３およびサンプルポイント補間部１４などは、実際に
はＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどからなるマイクロコ
ンピュータシステムにより構成されており、一連の再生
処理は、上記ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってＣ
ＰＵにより行われる。この場合、ＲＯＭは本発明のコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、記
録媒体の例としては、ＲＯＭの他に、フロッピーディス
ク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなど
がある。

【００５５】ここで、図３の電子楽器５内に点線で示し
た部分のより詳しい構成例を、図５に示す。図５におい
て、図３に示したブロックと同じブロックには同一の符
号を付しており、波形メモリ１１およびアドレス発生部
１３以外の構成要素によりサンプルポイント補間部１４
が構成される。

【００５６】アドレス発生部１３より発生された整数ア
ドレスａ８〜ａ３２は、各サンプルポイントにおける波
形サンプル値の読み出し位置を指定するためのアドレス
情報として波形メモリ１１に時分割で供給される。これ
により、波形メモリ１１からは、この整数アドレスａ８
〜ａ３２に従って、対応する波形サンプル値と差分率の
情報とが時分割で読み出される。そして、こうして読み
出された連続する２つのサンプルポイントｎ，ｎ＋１に
おける波形サンプル値および差分率の組は、第１、第２
のラッチ２１，２２にそれぞれラッチされる。

【００５７】第１、第２のラッチ２１，２２に保持され
た各１６ビットデータのうち、下位１２ビットｂ０〜ｂ
１１で成る波形サンプル値f(n),f(n+1) は、それぞれ第
１の差分器２３に供給される。第１の差分器２３では、
第２のラッチ２２の出力信号であるサンプルポイントｎ
＋１における波形データ値f(n+1)から、第１のラッチ２
１の出力信号であるサンプルポイントｎにおける波形デ
ータ値f(n)を減算することにより、連続するサンプルポ
イント間の波形データ値の差分d(n)を算出する。この差
分d(n)は、第１の乗算器２４の一方の入力端子に供給さ
れる。

【００５８】一方、上記第１のラッチ２１に保持された
１６ビットデータのうち、上位４ビットｂ１２〜ｂ１５
で成る差分率情報rateは、上記第１の乗算器２４の他方
の入力端子に供給される。第１の乗算器２４では、第１
のラッチ２１より入力される差分率情報rateと第１の差
分器２３より入力される差分d(n)とを乗算する。なお、
差分率情報rateとしては、実際には０〜１５の値が書き
込まれており、第１の乗算器２４ではこれを１６の値で
除算したものを差分率として計算する。

【００５９】この第１の乗算器２４より出力される乗算
結果g(n)は、サンプルポイントｎ，ｎ＋１の間の中間ポ
イントｎ＋0.5 における波形データ値が、サンプルポイ
ントｎにおける波形データ値f(n)に対してどれだけ差が
あるかを表すものである。第１の加算器２５は、この第
１の乗算器２４での乗算結果g(n)と、第１のラッチ２１
より出力される波形サンプル値f(n)とを加算することに
より、上記中間ポイントｎ＋0.5 における中間波形デー
タ値f(n+0.5)を求める。

【００６０】こうして求められた中間波形データ値f(n+
0.5)は、セレクタ２６の２つの端子Ａ１，Ｂ０に供給さ
れる。また、このセレクタ２６の端子Ａ０には、第１の
ラッチ２１より出力されるサンプルポイントｎの波形サ
ンプル値f(n)が供給され、端子Ｂ１には、第２のラッチ
２２より出力されるサンプルポイントｎ＋１の波形サン
プル値f(n+1)が供給される。

【００６１】このセレクタ２６は、アドレス発生部１３
より出力される４ビットの小数アドレスａ４〜ａ７のう
ち、最上位ビットａ７をコントロール信号として動作す
る。最上位ビットａ７の値が“０”のときは入力端子Ａ
０，Ａ１に入力されるデータを出力端子Ｃ０，Ｃ１から
選択的に出力し、最上位ビットａ７の値が“１”のとき
は入力端子Ｂ０，Ｂ１に入力されるデータを出力端子Ｃ
０，Ｃ１から選択的に出力する。

【００６２】このセレクタ２６は、サンプルポイントｎ
と中間ポイントｎ＋0.5 との間（サンプルポイント間の
前半部）における波形データ値を直線補間によって求め
るか、中間ポイントｎ＋0.5 と次のサンプルポイントｎ
＋１との間（サンプルポイント間の後半部）における波
形データ値を直線補間によって求めるかを選択するもの
として機能する。すなわち、前半部の補間データを求め
るときは端子Ａ０，Ａ１のデータが選択され、後半部の
補間データを求めるときは端子Ｂ０，Ｂ１のデータが選
択される。

【００６３】セレクタ２６の出力端子Ｃ０，Ｃ１から出
力された各データは、それぞれ第２の差分器２７に供給
される。第２の差分器２７では、端子Ｃ１の出力データ
値から端子Ｃ０の出力データ値を減算することにより、
サンプルポイントｎと中間ポイントｎ＋0.5 との間、あ
るいは中間ポイントｎ＋0.5 と次のサンプルポイントｎ
＋１との間における波形データ値の差分d(n)′を算出す
る。この差分d(n)′は、第２の乗算器２８の一方の入力
端子に供給される。

【００６４】上記第２の乗算器２８の他方の入力端子に
は、アドレス発生部１３より出力された小数アドレスａ
４〜ａ７のうち、下位３ビットａ４〜ａ６が供給され
る。そして、この第２の乗算器２８で、第２の差分器２
７より入力される差分d(n)′と、アドレス発生部１３よ
り入力される小数アドレスａ４〜ａ６で示される値とを
乗算し、更にその乗算結果g(n)′と、セレクタ２６の端
子Ｃ０からの出力データとを第２の加算器２９で加算す
ることにより、最終的に出力する補間波形データf(n+p)
を得る。

【００６５】なお、図５の例では、差分器、乗算器およ
び加算器をそれぞれ２つずつ設けているが（第１の差分
器２３、第１の乗算器２４および第１の加算器２５と、
第２の差分器２７、第２の乗算器２８および第２の加算
器２９との２組）、第１、第２のどちらか一方のみを設
けてそれを時分割で用いるようにしても良い。

【００６６】以上のように、本実施形態によれば、所定
周期毎にサンプリングして得た各波形サンプル値間の真
の中間ポイント波形データ値を、各波形サンプル値間の
差分を基準とした比率で、本来の波形サンプル値の量子
化ビットに比べて少ないビット数にて表現し、これを上
記波形サンプル値と共に記録するようにしたことによ
り、１６ビットの汎用メモリで成る波形メモリ１１に楽
音波形データを効率よく圧縮して記録することができ
る。

【００６７】しかも、この楽音波形データを再生して演
奏音を発生する際には、上述の各波形サンプル値と対応
する差分率とから真の中間波形データ値を再現すること
ができる。さらに、この真の中間波形データ値を用いて
補間を行うことにより、真値を持つ２つの波形ポイント
間の距離を短くして補間を行うことができるようにな
り、単純に波形サンプル値間で直線補間を行う場合に比
べて、より本来の波形に近い波形を発生することができ
る。

【００６８】なお、本実施形態では、サンプルポイント
ＮとＮ＋0.5 との間、サンプルポイントＮ＋0.5 とＮ＋
１との間で直線補間を行っているが、２次曲線や３次曲
線などの様々な関数を用いた補間を行うようにしても良
い。このようにすれば、補間データ自体も本来の波形デ
ータ値に一層近づけることができる。

【００６９】図６は、上述した本実施形態の補間処理に
より発生した波形データを示すものである。図６におい
て、実線で示す波形は、自然楽器１で発生された演奏音
の本来の波形（図３のサンプラー３に記憶された元波
形）を示している。また、「○」で表す複数の点は、波
形メモリ１１に記録される各サンプルポイントの波形サ
ンプル値（真値）を示し、「●」で表す複数の点は、算
出される中間ポイントデータ値を示している。さらに、
「×」で表す複数の点は、最終的に小数アドレスａ４〜
ａ７を補間係数として算出された補間波形データ値を示
している。

【００７０】この図６から明らかなように、本実施形態
の波形記録再生方式によれば、汎用メモリを使って楽音
波形データを圧縮記録したにもかかわらず、再生時には
本来の波形に極めて近い波形を発生することができてい
る。しかも、以上のような補間処理は、単純な乗加算処
理によって極めて簡単に行うことができる。また、この
補間処理に使用する差分率情報のための４ビットの記憶
領域も有効に使うことができ、無駄がない。

【００７１】なお、特許第２６０８９３８号公報には、
整数アドレスで読み出される波形サンプル値間の波形デ
ータ値を補間生成する際に、図１２に示すように、当該
波形サンプル値間の各データ値がほぼ網羅されるように
１６種類の折れ線関数Ｍ₀〜Ｍ₁₅をあらかじめテーブル
として用意しておき、何れかの折れ線関数を選択して補
間を行う方法が開示されている。

【００７２】しかしながら、この方法は、本実施形態の
ように中間ポイントｎ＋0.5 における真値を算出して補
間を行うものでなく、様々な位置に折れ点が存在する様
々な関数をあらかじめテーブルとして用意しておくもの
である。このような関数は折れ点の前後で少なくとも２
つのファンクションを必要とするため、テーブルの作成
および管理が困難である。これに対して本実施形態の方
法によれば、簡単な演算だけで補間を行うことができ、
複雑なテーブルは用いる必要がないというメリットがあ
る。

【００７３】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。連続するサンプルポイントＮ，Ｎ＋１における
２つの波形サンプル値を結ぶ真の波形カーブは、当該各
波形サンプル値を２頂点とする長方形の範囲外に出る場
合がある。すなわち、図７に示すように、連続する波形
サンプル値の差分外に中間ポイントＮ＋0.5 における真
の波形データ値が存在する場合もある。

【００７４】そこで、第２の実施形態では、このような
波形にも対応できるようにするために、２つの波形サン
プル値の差分に対して乗算する差分率の値を、第１の実
施形態では０〜１の範囲内であったのを第２の実施形態
では０〜２の範囲内へと２倍まで拡大する。具体的に
は、差分率の情報記憶のために割り当てられるビット数
は４ビットであるので、ここには第１の実施形態と同様
に０〜１５の何れかの値を記憶しておき、図５の第１の
乗算器２４における計算を、 g(n)= d(n)×rate/8 とすれば良い。

【００７５】なお、この第２の実施形態において、電子
楽器システムの全体構成およびサンプルポイント補間部
１４の具体的構成は、上述した第１の乗算器２４の構成
を除いて図３および図５に示す第１の実施形態と同様で
ある。また、波形メモリ１１に記録される波形データの
フォーマットも、図２に示す第１の実施形態と同様であ
る。

【００７６】このようにすることにより、２つの波形サ
ンプル値を結ぶ真の波形カーブが当該各波形サンプル値
の差分外に出るような場合でも、再生時においてその差
分外に存在する真の中間ポインデータ値を算出すること
ができ、真の波形に近い波形を再現することができるよ
うになる。このことは、上述した特許第２６０８９３８
号公報に記載の技術では達成することのできない優れた
メリットである。

【００７７】次に、第３の実施形態について説明する。
上述した第２の実施形態によれば、真の中間ポイントデ
ータ値を算出し得る範囲として、２つの波形サンプル値
の差分の２倍の範囲までカバーすることができるが、差
分の値自体が小さい場合には、カバー範囲を２倍にとっ
ても不足であることがある。

【００７８】ところが、このような場合を考慮して差分
率のカバー範囲を始めから２倍以上に増やしておくと、
各波形サンプル値の差分の値が小さい場合には概ね良好
の結果が得られるが、差分率情報が４ビットに制限され
ていることから、差分の値が小さくない場合（真の中間
波形データ値が差分内に存在する場合）には、差分率に
よって近似される中間ポイントデータ値の精度が粗くな
ってしまう。

【００７９】そこで、第３の実施形態では、連続する波
形サンプル値の差分が所定値（例えば８または１６）よ
りも小さいかどうかをまず判断し、そうであるときは、
差分値を強制的に最低限の分解能をカバーするビットま
で大きくするようにする。例えば、差分率情報が３ビッ
トならば差分値＝８、４ビットならば差分値＝１６とす
る。そのために本実施形態では、図５の第１の差分器２
３と第１の乗算器２４との間に、差分d(n)が所定値より
も小さいときに差分d(n)を強制的に最低限の分解能をカ
バーするビットまで大きくするプリセット部（図示せ
ず）を設ける。

【００８０】なお、この第３の実施形態において、電子
楽器システムの全体構成およびサンプルポイント補間部
１４の具体的構成は、上述のプリセット部を設けること
を除いて図３および図５に示す第１の実施形態あるいは
第２の実施形態と同様である。また、波形メモリ１１に
記録される波形データのフォーマットも、図２に示す第
１、第２の実施形態と同様である。

【００８１】このようなプリセット部を設けることによ
り、２つの波形サンプル値の差分が所定値よりも小さ
く、かつ、真の波形カーブが当該差分の範囲よりも遙か
外に出る場合（真の中間ポイントデータ値が波形サンプ
ル値の差分の遙か外に存在する場合）でも、その差分外
にある真の中間ポイントデータ値を容易に算出すること
ができ、真の波形に近い波形を発生することができる。
また、２つの波形サンプル値の差分が小さくない場合に
も、算出される中間ポイントデータ値の精度は粗くなら
ず、真の波形に近い波形を発生することができる。

【００８２】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。以上に述べた第１〜第３の実施形態では、連続
するサンプルポイントＮ，Ｎ＋１における波形サンプル
値の差分が０でないことを前提として説明してきたが、
図８に示すように、差分が０になる場合も存在する。こ
の場合、上述した第１〜第３の実施形態で説明した方法
では、算出される中間ポイントデータ値は各波形サンプ
ル値と同じ値になってしまう。しかし、中間ポイントＮ
＋0.5 における真の波形データ値は、図８に示すように
各波形サンプル値と異なることが多い。

【００８３】そこで、第４の実施形態では、波形メモリ
１１に各サンプルポイントにおける波形サンプル値を記
録する際に、連続する波形サンプル値が同じ値にならな
いように記録する。すなわち、図３のコンピュータ４上
で波形データの編集を行って波形メモリ１１に記録する
ときに、サンプラー３に記憶された波形データを参照
し、中間ポイントＮ＋0.5 における真の中間波形データ
値がその両側にある同じ値の波形サンプル値に対して上
方あるいは下方のどちらに存在するかによって、一方の
波形サンプル値をわずかにずらして記録するようにす
る。

【００８４】例えば、図４の例の場合、Ａで示すサンプ
ルポイント区間では、連続するサンプルポイントＮ＋
３，Ｎ＋４における波形サンプル値は共に９３０であ
り、その差分が０となる。そして、これらの間にある真
の中間ポイントデータ値は９５０であり、両側の波形サ
ンプル値よりも上方にある。この場合、本実施形態で
は、サンプルポイントＮ＋４における波形サンプル値を
わずかに上方にずらして（例えば値を９３１にして）記
録する。なお、真の中間ポイントデータ値が両側の波形
サンプル値よりも下方にあるときは、サンプルポイント
Ｎ＋４における波形サンプル値をわずかに下方にずらし
て記録する。

【００８５】このようにすることにより、連続する波形
サンプル値間で必ず差分が生じるようにすることがで
き、再生時にその差分をもとにしてより本来の波形に近
い波形を発生することができる。この場合、差分の値は
小さくなるので、上述した第３の実施形態を組み合わせ
て適用するのが好ましい。なお、波形サンプル値をずら
して記録することにより、本来の波形と多少の誤差が生
じるが、１２ビット精度で記録される波形サンプル値の
僅か最下位１ビットをずらして記録しても、聴感上ほと
んど問題ない。

【００８６】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。第５の実施形態では、図１に示したような差分
率表の代わりに図９に示すような差分率表を用いる。図
１の差分率表は、差分率として正の値のみを採用したも
のであるが、これに対して図９の差分率表は、差分率と
して正の値および負の値の両方を採用したものである。

【００８７】このような差分率表を用いることにより、
第２の実施形態で述べたように真の中間ポイントデータ
値がその前後の波形サンプル値の差分域を正の側（差分
率が１以上の側）にはみ出している場合だけでなく、負
の側（差分率が負の値の側）にはみ出している場合にも
正確な中間ポイントデータを求めることができ、本来の
波形に近い波形を再現することができる。

【００８８】この図９のような差分率表を用いるために
は、図１０のように、第１のラッチ２１の後段に差分率
変換テーブル３１が必要になる。差分率変換テーブル３
１は、第１のラッチ２１から出力される０，１，２，…
…，１５の値をそれぞれ−３／８，−２／８，−１／
８，……，１２／８のrate値に変換するためのテーブル
である。このテーブルは、記憶波形に応じて切り替える
ようにしても良い。

【００８９】この場合、図２の上位４ビット b12〜b15
に記録される０〜１５のデータは、差分率変換値として
機能するものである。また、第１の乗算器２４は、差分
率変換テーブル３１から与えられるrate値そのものを差
分d(n)に乗算する。なお、上述した第１〜第４の実施形
態でも、このように差分率変換テーブルを用いて構成し
ても良い。

【００９０】また、この第５の実施形態では、第３の実
施形態で述べたプリセット機能を実現するための構成と
して、第１の差分器２３と第１の乗算器２４との間にプ
リセット部３２を設けている。

【００９１】本実施形態では以上のように構成すること
により、例えば図４のＢ，Ｃで示すサンプルポイント区
間のように、連続する波形サンプル値の差が８以上で、
真の中間ポイントデータ値が前後の波形サンプル値の差
分域に存在しない場合でも、図９の差分率表を利用して
差分率変換値を波形メモリ１１に記録することにより、
再生時に正確な中間ポイントデータ値を算出することが
できる。

【００９２】また、例えば図４のＡ，Ｄで示すサンプル
ポイント区間のように、連続する波形サンプル値の差が
８未満であるときは、波形サンプル値の差分が８である
と考えて中間ポイントデータ値のための差分率変換値を
設定し、再生時にプリセット部３２で差分d(n)を強制的
に８にセットすることにより、正確な中間ポイントデー
タ値を算出することができる。

【００９３】以上に述べた第３〜第５の実施形態におけ
るメリットも、上述した特許第２６０８９３８号公報に
記載された従来の技術では達成することのできない優れ
たメリットである。

【００９４】なお、以上に説明した図１、図７および図
９に示す差分率表は、本発明の単なる例示に過ぎず、こ
れに限定されるものではない。差分率表を様々な形態と
することによって、様々な波形に対応することが可能で
ある。この場合において、記憶波形に応じて差分率表を
切り替えて利用できるように構成しても良い。このこと
は、差分率を用いて真の中間ポイントデータ値を算出す
るようにした本発明に特有のメリットであり、上述した
特許第２６０８９３８号公報に記載の技術では達成する
ことはできない。

【００９５】また、波形メモリ１１は１つのアドレスが
１６ビットで、波形サンプル値を１２ビット、差分率情
報を４ビットとして合わせて１６ビットとしたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば波形サンプ
ル値が１１ビットで差分率情報が５ビット、または波形
サンプル値が１３ビットで差分率情報が３ビットとして
も良い。このようにしても同様の効果が得られる。

【００９６】また、以上の各実施形態では、整数アドレ
スに対して１２ビットの波形サンプル値、小数の0.5 ア
ドレスに対して４ビットの差分率を記録する方式として
説明したが、偶数アドレスに１２ビットの波形サンプル
値の一部を、奇数アドレスに波形サンプル値の残りと４
ビットの差分率とを記録する方式であって、それら偶数
アドレスと奇数アドレスの情報を混在して１６ビット
（１ワード）データとして波形データを記録していると
して処理することも可能である。すなわち、この場合は
１アドレス当たり８ビット（１バイト）の情報量である
が、連続する２アドレスを１２ビット＋４ビットのデー
タで表現したと考えることができる。

【００９７】また、中間ポイントデータ値を導出するた
めの差分率の求め方は、図１などに示したように、連続
する２つの波形サンプル値間を直線補間した値を中心と
して８等分（または１６等分）しているが、本発明はこ
れに限らず、３ポイント以上の波形サンプル値間を曲線
補間（２次関数や３次関数等による補間）した値、また
は適当な係数による畳み込み演算（平滑化関数等）によ
り求めた値を中心として、等分でない任意の８分割（ま
たは１６分割）とすることも可能である。この方法を用
いた方が、波形再生時のＳ／Ｎ比が良くなる（折り返し
ノイズが小さくなるため）。

【００９８】

【発明の効果】本発明は上述したように、連続する波形
サンプル値間の中間波形値を波形サンプル値間の差分を
基準とした比率情報で表現し、波形サンプル値と共に波
形メモリに記録するようにしたので、汎用メモリで成る
波形メモリに波形データを効率よく圧縮して記録するこ
とができる。

【００９９】また、発音すべき音高に応じて変化する波
形読出アドレスの整数部に基づき、波形メモリから連続
する２つの波形サンプル値と、その中間アドレスの中間
波形値に対応する比率情報とを読み出し、読み出した連
続する２つの波形サンプル値と比率情報とから中間アド
レスの中間波形値を算出するようにしたので、波形メモ
リに波形データを圧縮して記録したにもかかわらず、波
形再生時には本来の波形上の中間波形値を正確に算出し
て本来の波形に極めて近い波形を発生することができ
る。しかも、そのような処理は、単純な演算処理によっ
て極めて簡単に行うことができるとともに、この再生処
理に使用する比率情報の記憶領域を有効に使うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの連続する波形サンプル値からそれらの間
にある中間波形データ値を求める処理を説明するための
図である。

【図２】波形メモリに記録されるデータのフォーマット
の例を示す図である。

【図３】本実施形態による波形記録再生方式を適用した
電子楽器システムの全体構成を示す図である。

【図４】波形メモリに記録すべき波形サンプル値および
差分率の導出手順を説明するための図である。

【図５】電子楽器内の波形メモリ、アドレス発生部、サ
ンプルポイント補間部の一構成例を詳しく示す図であ
る。

【図６】本実施形態による波形再生結果を示す図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施形態を説明するための図で
ある。

【図８】本発明の第４の実施形態を説明するための図で
ある。

【図９】本発明の第５の実施形態を説明するための図で
ある。

【図１０】本発明の第５の実施形態を示すものであり、
電子楽器内の波形メモリ、アドレス発生部、サンプルポ
イント補間部の一構成例を詳しく示す図である。

【図１１】従来の波形データ補間手法を説明するための
図である。

【図１２】従来の他の波形データ補間手法を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

３サンプラー４コンピュータ１１波形メモリ１３アドレス発生部１４サンプルポイント補間部２１，２２ラッチ２３，２７差分器２４，２８乗算器２５，２９加算器２６セレクタ３１差分率変換テーブル３２プリセット部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 7/02 G10L 19/00 H03M 3/00 - 3/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続する波形サンプル値間の中間波形値
を上記波形サンプル値間の差分を基準とした比率情報で
表現し、上記波形サンプル値と共に波形メモリに記録す
るようにしたことを特徴とする波形記録装置。
【請求項２】上記波形メモリは１つのアドレスが１６
ビットで成る汎用メモリであり、各アドレスに上記波形
サンプル値と上記比率情報とを合わせて１６ビットとな
るように順次記憶することを特徴とする請求項１記載の
波形記録装置。
【請求項３】上記連続する波形サンプル値が互いに同
一値となる場合に、上記連続する波形サンプル値の中間
波形値が上記波形サンプル値よりも大きいか小さいかに
応じて、一方の波形サンプル値を僅かに大きくまたは小
さくずらして記憶することを特徴とする請求項１または
２記載の波形記録装置。
【請求項４】連続して読み出される波形サンプル値間
の中間波形値が上記波形サンプル値間の差分を基準とし
た比率情報で表現されて上記波形サンプル値と共に記録
された波形メモリ手段と、発音すべき音高に応じて変化する波形読出アドレスの整
数部に基づき、上記波形メモリ手段から、連続する波形
サンプル値と、上記中間波形値に対応する比率情報とを
読み出す読み出し手段と、上記読み出した連続する２つの波形サンプル値と上記比
率情報とから上記中間波形値を算出する算出手段と、上記波形サンプル値と、上記算出された中間波形値と、
波形読出アドレスの小数部とに基づき補間波形値を求め
る補間手段とを備えたことを特徴とする波形再生装置。
【請求項５】上記補間手段は、上記波形読出アドレス
の小数部が０．５より小さいときは、上記連続する２つ
の波形サンプル値のうち時間的に前の波形サンプル値
と、上記算出された中間波形値とから上記アドレス小数
部に対応した補間波形値を算出し、上記波形読出アドレスの小数部が０．５以上のときは、
上記連続する２つの波形サンプル値のうち時間的に後の
波形サンプル値と、上記算出された中間波形値とから上
記アドレス小数部に対応した補間波形値を算出すること
を特徴とする請求項４記載の波形再生装置。
【請求項６】上記読み出し手段により読み出された連
続する波形サンプル値間の差分が所定値よりも小さいと
きに、その差分値をより大きな値に置換する置換手段を
更に備え、上記置換した値と上記比率情報とから上記中間波形値を
算出することを特徴とする請求項４または５記載の波形
再生装置。