JP3599978B2 - Tone signal forming device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は楽音信号形成装置に関し、特に波形メモリの信号を巡回させて、楽器の物理的な構造をモデリングした楽音信号形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、波形メモリの信号を巡回させて、弦楽器の物理的な構造をモデリングするようにした電子楽器の楽音信号形成装置、すなわち波形の一周期を繰り返して読み出す電子楽器の楽音信号形成装置に関わる技術が種々提案されている。この提案の一つとして、例えば特開昭49−131115号公報(第1の従来技術)に開示されているものがある。この公報では、遅延回路と全域通過フィルタをループ状に接続して、位相を時変することにより、楽音の非調和性を実現している。
【0003】
また、前記提案の他のものとして、例えば特開平3−58094号公報、特開平5−66778号公報(第2の従来技術)に開示されているものがある。これらの公報には、電子楽器の楽音信号形成装置において、非線形変換を利用して疑似的に楽器の物理的な構造をモデリングする技術が開示されている。これらの提案によれば、電子楽器の楽音信号形成装置の複雑な回路構成となる部分を簡単な構成で実現できたり、回路構成が解明されていなかった部分を実現できたりするというメリットを有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した第1の従来技術によれば、楽音の非調和性は実現できるが、回路構成が複雑である。また、前記の第2の従来技術は、ピアノ、ハープシコード、ギター、ハープ等の弦楽器の物理的な構造をモデリングすることはできるが、該弦楽器から発せられる音がもつ非調和性を十分に実現することができない。
【0005】
本発明の目的は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、ピアノ、ハープシコード、ギター、ハープ等の弦楽器音がもつ非調和性の実現と、非線形変換を利用した弦楽器の構造の疑似的なモデリングを同時に実現できる電子楽器の楽音信号形成装置を提供することにある。換言すれば、簡単な回路構成で、前記第1の従来技術がもつ楽音の非調和性と、第2の従来技術がもつ弦楽器の物理的な構造をモデリングすることとの両方を同時に実現できる電子楽器の楽音信号形成装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、波形信号を巡回させて、楽器の物理的な構造をモデリングする楽音信号形成装置において、前記波形信号の波形形状の複数箇所のデータの差分値を求める手段と、該手段によって求められた差分値を非線形変換して出力する非線形変換手段と、該非線形変換手段から出力されたデータを前記波形形状の複数箇所間の所定箇所に加算する加算手段とを具備した点に第1の特徴がある。
【0007】
また、本発明は、前記非線形変換手段に、三角関数と一次関数とを合成した非線形変換データを具備させるようにした点に第2の特徴がある。
【0008】
本発明によれば、ピアノ、ギター、ハープシコード、ハープ等の弦楽器音がもつ非調和性の実現と、非線形変換を利用した弦楽器の構造の疑似的なモデリングとを、簡単な構成で同時に実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図2は、本発明が適用される電子楽器の概略の構成を示すブロック図である。図2の記憶装置1には、励起波形、非線形変換テーブル、システム制御用プログラム等が記憶されており、各種の演算時の作業用領域としても利用される。ここに、前記励起波形とは、各楽音の周波数包絡線を表すデータを意味し、通常は一周期分の楽音波形データと等価である。
【0010】
次に、発振装置2は、楽音の元になる波形を合成する装置であり、本発明の対象とする装置である。該発振装置2の実施形態は後述の説明から明らかになるであろう。音色制御フィルタ3は、楽音の周波数特性を制御して音色を変化させる装置である。振幅制御装置4は、波形の振幅を制御して、楽音の音量やエンベロープを制御する装置である。入力装置5は、鍵盤、ペダル、スイッチ、ボリュームなどの演奏情報を入力する装置や、ミディ(MIDI)入力装置に該当する。
【0011】
また、中央演算処理装置6は、前記記憶装置1に記憶されているシステム制御用プログラムなどによりシステムを制御したり、各周辺装置を動作させるために必要なパラメータを求める装置である。オーディオシステム7は、D/A変換器、増幅器、スピーカ等から構成されており、楽音信号を音に変換する装置である。バス8はアドレス共通バスおよびデータ共通バスからなり、前記各装置間を往来するアドレスとデータを伝達する。
【0012】
次に、前記発振装置2の一実施形態を、図1のブロック図を参照して説明する。発信装置2は、励起信号および巡回信号を入力とするn段(nは正の整数)の遅延素子21と、該n段の遅延素子21に順次接続された1段の遅延素子22、23と、前記n段の遅延素子21の出力信号から前記1段の遅延素子23の出力信号を減算する減算器24と、該減算器24の出力信号を入力とし、該入力を非線形変換して出力する非線形テーブル25、該非線形テーブル25からの出力を前記1段の遅延素子22の出力に加算し、前記1段の遅延素子23へ出力する加算器26とから構成されている。前記の遅延素子21〜23は、書換え可能な記憶装置を用いても実現することができる。
【0013】
前記n段の遅延素子21に入力する励起信号は、発音開始時に楽音に固有な周波数包絡を表すnワードの波形データであり、このデータは、楽音の周波数包絡をnワードの離散的な情報として求め、それを逆フーリエ変換することにより求めることができる。
【0014】
前記非線形テーブル25としては、図3(a) に示されているような、正弦波の特性を有する非線形テーブルを用いることができる。また、非線形テーブル25の他の例としては、前記(a) 図のテーブルと、同図(b) の係数を乗算することと等価な一次関数のテーブルとを加算して作成された同図(c) のテーブルを用いることができる。なお、前記(a) のテーブルは正弦波を用いているが、これに変えて、周期の違う三角関数波を、任意の振幅で複数加算合成したものであっても良い。
【0015】
次に、本実施形態の発振装置2の動作を説明する。n段の遅延素子21に励起信号が入力すると、該励起信号は該n段の遅延素子21により遅延されて出力される。該遅延素子21からの出力は前記遅延素子22に進み、加算器26で非線形テーブル25からの信号と加算されて遅延素子23へと進む。一方、減算器24には前記遅延素子21の出力信号と遅延素子23の出力信号とが入力し、該減算器24は前記遅延素子21の出力信号から遅延素子23の出力信号を減算する。したがって、減算器24は、前記励起信号波形の二箇所のデータの差分値を表す値、換言すれば該励起信号波形の傾きを表す値を順次求めることになる。この傾きを表す値は前記非線形テーブル25に入力し、前記した図3(a) または同図(c) のようなテーブルにより非線形変換される。非線形変換された出力信号は、前記加算器26に入力され、遅延素子22からの出力信号と加算される。加算後の信号は遅延素子23を経て、遅延素子21の入力側に帰還され、再度遅延素子21に入って巡回される。
【0016】
この装置で発生された楽音は、次の2つのいずれかの方法で読み出すことができる。
(1) 音程または音高によって前記遅延素子21のnを制御し、巡回しているデータを楽音とする。
(2) 前記遅延素子21のnは一定としたまま、遅延回路の記憶されているデータの読出し速度を音程または音高によって制御しながら読み出す。これは、遅延回路を波形メモリとして、従来のPCM読出し方式において、1周期の波形を巡回して読み出す音程制御手段と同じである。
【0017】
さて、非線形テーブル25が図3(b)のような一次関数の変換テーブルの場合(この場合は、たまたま線形変換になってしまうが)、その一次関数を[出力値]=k×[入力値]とすると、図1の点線で囲んだ回路Aの伝達関数は、{(Z−1−k)/(1−k・Z−1)}×Z−1となる。一方、前記第1の従来技術で開示されている図5のような全域通過フィルタの伝達関数は(Z−1−k)/(1−k・Z−1)となり、両者は遅延時間が違うだけで同じ特性となる。したがって、本実施形態の回路の機能は、図5のものと等価であり、該第1の従来技術と同等の非調和性を実現できることが分かる。また、本実施形態によれば、簡単な回路構成で弦楽器の物理的な構造をモデリングすることができる。
【0018】
なお、本発明者の実験においても、本実施形態の発振装置2から得られた波形は、その各倍音が独立に変調されており、各倍音の非調和性を実現することができることが確かめられた。
【0019】
次に、本発明の第2実施形態を、図4を参照して説明する。この実施形態は、前記非線形テーブルを作成する変形例を示し、図示されているように、正弦波発生装置31、乗算器32、34、一次関数発生装置33および加算器35から構成されている。正弦波発生装置31から発生された正弦波は乗算器32で、倍音の時変度合いの制御信号と掛け算される。一方、一次関数発生装置33から発生された信号は、倍音の非調和度合いの制御信号と掛け算される。前記二つの乗算器32、34で得られた信号は加算器35で加算され、非線形テーブル25として利用される。
【0020】
この第2実施形態で得られた非線形テーブルを用いれば、楽器演奏者の操作に従って、音色を制御することができるようになる。
【0021】
【発明の効果】
前記した説明から明らかなように、本発明によれば、前記第1の従来技術がもつ特性、すなわち非調和性の実現と、前記第2の従来技術がもつ弦楽器の構造の疑似的なモデリングとを同時に実現することができる効果がある。このため、本発明によれば、楽器の物理的な構造をモデリングした音源システムにおいて、従来より簡単な構成で、ピアノ、ギター、ハープシコード、ハープ等の弦楽器音を発生する音源を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の楽音信号形成装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明が適用される電子楽器の概略の構成を示すブロック図である。
【図3】図1の非線形テーブルの一例を示す図である。
【図4】本発明の第1実施形態の要部の構成を示すブロック図である。
【図5】全域通過フィルタの一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1…記憶装置、2…発振装置、3…音色制御フィルタ、4…振幅制御装置、5…入力装置、6…中央演算処理装置、7…オーディオシステム、21…n段の遅延素子、22、23…1段の遅延素子、24…減算器、25…非線形テーブル、26…加算器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tone signal forming apparatus, and more particularly to a tone signal forming apparatus in which a physical structure of a musical instrument is modeled by circulating a signal in a waveform memory.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the present invention relates to a musical tone signal forming device for an electronic musical instrument in which a signal in a waveform memory is circulated to model a physical structure of a stringed musical instrument, that is, a musical tone signal forming device for an electronic musical instrument that repeatedly reads one cycle of a waveform. Various techniques have been proposed. One of such proposals is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-131115 (first prior art). In this publication, a delay circuit and an all-pass filter are connected in a loop to change the phase, thereby realizing non-harmonicity of a musical tone.
[0003]
Further, as other proposals, there are those disclosed in, for example, JP-A-3-58094 and JP-A-5-66778 (second prior art). These gazettes disclose a technique for modeling a physical structure of a musical instrument in a pseudo tone signal forming apparatus of an electronic musical instrument by using a non-linear transformation. According to these proposals, there is an advantage that a portion having a complicated circuit configuration of a musical tone signal forming device of an electronic musical instrument can be realized with a simple configuration, or a portion whose circuit configuration has not been elucidated can be realized. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-mentioned first prior art, the inharmonicity of the musical tone can be realized, but the circuit configuration is complicated. Further, the second prior art can model the physical structure of a stringed instrument such as a piano, a harpsichord, a guitar, a harp, etc., but sufficiently realizes the inharmonicity of the sound emitted from the stringed instrument. I can't.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and realizes inharmonicity of stringed instrument sounds such as piano, harpsichord, guitar, and harp with a simple configuration, and a stringed instrument utilizing nonlinear transformation. It is an object of the present invention to provide a musical tone signal forming device for an electronic musical instrument, which can simultaneously realize the pseudo modeling of the structure of the electronic musical instrument. In other words, with a simple circuit configuration, an electronic device capable of simultaneously realizing both the inharmonicity of the musical tone of the first prior art and the modeling of the physical structure of a stringed instrument of the second prior art. An object of the present invention is to provide a musical tone signal forming device for a musical instrument.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a musical tone signal forming apparatus for modeling a physical structure of a musical instrument by circulating a waveform signal, a difference value of data at a plurality of positions of the waveform shape of the waveform signal is obtained. Means, nonlinear conversion means for nonlinearly converting and outputting the difference value obtained by the means, and addition means for adding data output from the nonlinear conversion means to a predetermined location between a plurality of locations of the waveform shape. There is a first feature in the provision.
[0007]
The present invention has a second feature in that the non-linear conversion means is provided with non-linear conversion data obtained by combining a trigonometric function and a linear function.
[0008]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, realization of the inharmonicity which string instrument sounds, such as a piano, a guitar, a harpsichord, and a harp, and pseudo modeling of the structure of a string instrument using a non-linear transformation are simultaneously implement | achieved with a simple structure. Can be.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic musical instrument to which the present invention is applied. The
[0010]
Next, the
[0011]
The
[0012]
Next, an embodiment of the
[0013]
The excitation signal input to the n-
[0014]
As the non-linear table 25, a non-linear table having a sine wave characteristic as shown in FIG. As another example of the non-linear table 25, the table shown in FIG. 7A is added to a table of a linear function equivalent to multiplying the coefficient shown in FIG. c) The following table can be used. In the table (a), a sine wave is used. Alternatively, a triangular function wave having a different cycle may be added and synthesized with a desired amplitude.
[0015]
Next, the operation of the
[0016]
The tone generated by this device can be read out by one of the following two methods.
(1) The n of the
(2) With the n of the
[0017]
Now, when the non-linear table 25 is a conversion table of a linear function as shown in FIG. 3B (in this case, it happens to be a linear conversion), the linear function is represented by [output value] = k × [input value ], The transfer function of the circuit A surrounded by the dotted line in FIG. 1 is {(Z− 1− k) / (1−k · Z− 1 )} × Z− 1 . On the other hand, the transfer function of the all-pass filter as shown in FIG. 5 disclosed in the first related art is (Z −1 −k) / (1−k · Z −1 ), and the two have different delay times. Just the same characteristics. Therefore, the function of the circuit of the present embodiment is equivalent to that of FIG. 5, and it can be seen that anharmonicity equivalent to that of the first prior art can be realized. Further, according to the present embodiment, it is possible to model the physical structure of a stringed instrument with a simple circuit configuration.
[0018]
In the experiment of the inventor, it has been confirmed that in the waveform obtained from the
[0019]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shows a modified example of creating the non-linear table, and includes a sine wave generator 31,
[0020]
Using the non-linear table obtained in the second embodiment makes it possible to control the timbre according to the operation of the musical instrument player.
[0021]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the characteristics of the first prior art, that is, the inharmonicity, and the pseudo-modeling of the structure of the stringed instrument of the second prior art are realized. Can be realized at the same time. Therefore, according to the present invention, in a sound source system that models the physical structure of a musical instrument, it is possible to provide a sound source that generates a stringed instrument sound such as a piano, a guitar, a harpsichord, and a harp with a simpler configuration than before. Become like
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a tone signal forming device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic musical instrument to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a non-linear table in FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a main part of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of an all-pass filter.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記波形信号を遅延する直列接続の第1、第2の遅延手段と、
該第2の遅延手段の出力の波形信号と前記第1の遅延手段の波形信号との差分値を求める手段と、
該手段によって求められた差分値を非線形変換して出力する非線形変換手段と、
該非線形変換手段から出力されたデータを前記第1、第2の遅延手段間の波形信号に加算する加算手段とを具備したことを特徴とする楽音信号形成装置。In a musical instrument signal forming apparatus for modeling a physical structure of a musical instrument by circulating a waveform signal,
First and second delay means connected in series for delaying the waveform signal;
Means for obtaining a difference value between the waveform signal of the output of the second delay means and the waveform signal of the first delay means ;
Nonlinear conversion means for nonlinearly converting and outputting the difference value obtained by the means,
A tone signal forming apparatus comprising: an adding unit that adds data output from the non-linear conversion unit to the waveform signal between the first and second delay units.
前記差分値は、該波形信号の傾きを表すことを特徴とする楽音信号形成装置。The musical tone signal forming device according to claim 1,
The tone signal forming apparatus according to claim 1, wherein the difference value represents a slope of the waveform signal .
前記非線形変換手段は、三角関数と一次関数とを合成した非線形変換データを具備することを特徴とする楽音信号形成装置。The musical tone signal forming device according to claim 1,
The tone signal forming apparatus according to claim 1, wherein said nonlinear conversion means includes nonlinear conversion data obtained by combining a trigonometric function and a linear function.
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JP31143597A JP3599978B2 (en) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | Tone signal forming device |
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