JP3715069B2 - 楽音信号合成方法および装置ならびに記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子的楽音信号合成技術に関し、特に、デジタル方式に適した変調による電子的楽音信号合成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子的楽音信号合成装置としてアナログ式とデジタル式が知られている。アナログ式シンセサイザは、主に電圧信号によりＶＣＯ（電圧制御発振器）、ＶＣＦ（電圧制御周波数）、ＶＣＡ（電圧制御振幅）等の機能を制御し、音高、フィルタ周波数、エンベロープ等を形成して楽音信号を合成するものであった。
【０００３】
アナログ式シンセサイザの技術の１つに、パルス幅変調（ＰＷＭ）がある。一定周波数の矩形波のデューティ比を変調することにより、変調により楽音信号を形成する技術である。デューティ比を変化させるためには、鋸歯状波発振器と比較器を用いる。
【０００４】
図６は、アナログ式シンセサイザにおけるＰＷＭの原理を示す。図６（Ａ）は、比較器への２つの入力信号を示し、図６（Ｂ）は出力信号を示す。両図において、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。
【０００５】
図６（Ａ）において、２つの信号ＶｓｔとＶｔｈが比較器に入力される。一方の入力信号Ｖｓｔは、鋸歯状波であり、たとえば−１から＋１まで変化する。他方の信号Ｖｔｈは、閾値を定める信号であり、−１から＋１の範囲の値をとる。閾値信号Ｖｔｈも変化するが、その変化は信号Ｖｓｔの変化と比べれば、極めてゆっくりしているため、図中では一定値で示す。
【０００６】
比較器は、信号Ｖｔｈ以上に信号Ｖｓｔが上昇した時には“１”を与え、ＶｓｔがＶｔｈ未満になった時には“０”を出力する。したがって、比較器の出力は図６（Ｂ）に示すようになる。ここで、閾値信号Ｖｔｈの値が変化すると、図６（Ｂ）に示す出力パルス信号のパルス幅が変化することが判るであろう。このようにして、ＰＷＭが実行される。
【０００７】
なお、ＰＷＭは、変調周波数を復調するのみでなく、パルス幅を変調した矩形波自身を楽音信号として扱うこともできる。矩形波を楽音信号として利用する場合、デューティ比の変化は音色の変化をもたらす。たとえば、デューティ比５０％の矩形波は、奇数倍音が強い楽音であり、デューティ比を５０％からずらすと、偶数倍音が増加して音色が変化する。
【０００８】
クラリネット、オーボエ等のリード管楽器は、リードの開閉が矩形波に類似する性質を有し、矩形波信号で楽音信号を形成するのに適している。また、矩形波を用いて種々の効果音（擬音）を形成することもできる。
【０００９】
近年、シンセサイザはアナログ式からデジタル式に移行し、デジタル信号の処理により、電子楽音信号を合成するようになった。しかしながら、アナログ式シンセサイザの技術が総てデジタル式シンセサイザに移植された訳ではない。アナログ式シンセサイザで可能であった楽音に対する要求も強い。ＰＷＭはその１つである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、デジタル信号処理により、アナログ信号処理で実行できた処理と同等の処理、あるいはアナログでは成し得なかった処理を行える楽音信号合成方法または装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、デジタル信号処理によりパルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことのできる楽音信号合成方法または装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、デジタル信号処理に適した新規な変調による楽音信号合成技術を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる工程と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる工程と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる工程と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する工程とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成方法が提供される。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手段と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手段と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手段と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手段とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成装置が提供される。
本発明の他の観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手順と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手順と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手順と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手順とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である、プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１５】
第１の波形信号と第２の波形信号との位相差を制御し、これらの波形信号に基づき、変調により楽音信号を合成することにより、新たな楽音信号を得ることができる。
【００１６】
第１の波形信号と第２の波形信号とが位相のみが異なり、周波数、振幅が等しい鋸歯状波である場合、それらの差をとることにより、矩形波が発生する。位相差を変調すれば、矩形波のデューティ比が変更される。
【００１７】
従来の鋸歯状波と閾値との組み合わせによるＰＷＭと比べ、変調の移相領域が２πの領域に制限されない。また、移相領域を２πの範囲内に制限するようにすれば、従来のアナログ式ＰＷＭと同等の効果、あるいはそれを越える効果を得ることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１は、楽音信号合成装置の基本構成を示す。図１（Ａ）は、楽音信号合成装置のブロック図を示し、図１（Ｂ）は、信号波形が鋸歯状波である場合の回路主要部の波形を示す。
【００２０】
図１（Ａ）において、位相発生器１は、周波数ｆ１で２πの範囲内の位相を繰り返し発生する。たとえば、−πから＋πまでリニアに増加し、＋πから−πに瞬時に移行する周期的位相θ（ｔ）を発生する。
【００２１】
位相発生器１の出力ノードＮ１の信号波形を図１（Ｂ）第１段に示す。横軸は時間ｔを示し、縦軸は位相θを示す。
【００２２】
位相信号θ（ｔ）は、波形発生器２ａに供給されると共に、移相器４ｂに供給される。移相器４ｂは、変調器３からの移相信号φ（ｔ）を受け、位相θ（ｔ）をφ（ｔ）だけずらした信号θ＋φを波形発生器２ｂに供給する。なお、波形発生器２ａに供給される位相信号も、移相器４ｂと同様の機能を有する移相器４ａを介して供給してもよい。但し、移相角度φは異なるものとする。
【００２３】
移相器４ｂの出力ノードＮ２の波形を、図１（Ｂ）第２段に示す。移相角度φ（ｔ）をπとした場合を示す。πの移相により、時間軸上で半周期ずれた波形が発生する。
【００２４】
波形発生器２ａ、２ｂは、それぞれ入力した位相に基づき立ち下がる形状の鋸歯状波を発生する。入力する位相がπずれているため、発生する鋸歯状波は半周期ずれた状態となる。
【００２５】
波形発生器２ａ、２ｂの出力ノードＮ３、Ｎ４の信号波形を図１（Ｂ）第３段、第４段に示す。
【００２６】
ここで、変調器３が発生する移相角度φ（ｔ）が時間と共に変化すると、波形発生器２ｂの入力位相が時間と共に変化し、波形発生器２ｂの出力波形は時間軸上で前後するように変化する。
【００２７】
合波器６は、波形発生器２ａ、２ｂの出力波形を受け、その差を出力信号として供給する。合波器６の出力ノードＮ５の信号波形を図１（Ｂ）最下段に示す。信号波形Ｎ５は、信号波形Ｎ３から信号波形Ｎ４を引いた差分を示している。信号波形Ｎ３、Ｎ４が−１から＋１に瞬時に変化する時に、信号波形Ｎ５は−１から＋１へ、または＋１から−１へ変化し、矩形波を形成する。
【００２８】
なお、移相角度φ（ｔ）の時間変化により、波形発生器２ｂの出力信号波形（位相）が変化すると、合波器６の出力信号である矩形波のデューティ比が変化する。
【００２９】
このように、一対の波形発生器に入力する位相の一方を変調することにより、デューティ比が変調されたパルス信号を供給することができる。波形発生器出力波形が鋸歯状波である場合、矩形波のデューティ比が変調される。
【００３０】
しかしながら、波形発生器の出力波形は鋸歯状波に限らない。たとえば、矩形波、三角波、正弦波等の波形であってもよい。これらの場合にも、移相角度に応じた出力波形の変化が得られる。
【００３１】
なお、位相発生器１の出力信号を直接波形発生器２ａに供給した場合には、波形発生器２ａの出力波形は位相発生器１の出力位相のみによって決定されるが、位相発生器１の出力位相を移相器４ａを介して波形発生器２ａに供給した場合には、移相器４ａに供給される移相信号によって位相発生器１の出力位相が変調された（移相された）位相が波形発生器２ａに供給される。
【００３２】
図１（Ａ）に示す回路は、位相によって出力信号の波形を制御している。従来のアナログ式シンセサイザの場合には、比較器に供給する鋸歯状波と閾値信号との電圧（振幅）の大小関係により矩形波を発生していた。したがって、閾値は鋸歯状波の変化領域を越えることはできず、変調信号の移相領域は２πの範囲に制限されていた。図１（Ａ）に示す回路によれば、変調器３の発生する移相信号の変化領域は２πの領域に制限されない。２πの領域を越える範囲内で移相領域を設定することにより、新たな性質の楽音信号を生成することが可能となる。移相領域が２πを越える場合、本構成による合成波形（合成器出力）はゆったりとした、コーラス感のある、厚い音色を与えることができる。
【００３３】
位相変調は基本的に周波数変調と等価であり、位相を微分したものがピッチとなる。例えば、三角波で位相を変調するとすれば、ピッチ変化は矩形波状となり、一定幅の上下動を繰り返すことになる。つまり、ピッチのずれ量が周波数一定なので、その深さ（セント量）は被変調波オシレータの発振周波数に反比例する。
【００３４】
従って、高い周波数において位相変調で十分なピッチずれを実現するためには、位相変調の範囲を大きく取るか、変調周波数を高くする必要がある。しかし、変調周波数を高くすると、聴感上、ビブラートのようになってしまい、もっとゆったりとしたコーラス的な効果は得られない。従って、位相変調の範囲を多く（２π以上）取りたい。
【００３５】
ところが、位相変調の範囲はアナログでは２πを越えることはできない。一方、本実施例のようなディジタル方式による構成では容易に２π（あるいは±π）を越える位相変調が可能であり、上記効果が容易に得られる。
【００３６】
図２は、図１の回路を具体化した回路構成の例を示す。
位相発生器１は、周波数ｆ１に対応する周波数ナンバを入力し、−１から＋１の範囲をモジュロとする加算器ＭＡ１、遅延回路Ｄ１により周波数ｆ１の立ち上がり形状を有する鋸歯状波を発生する。この位相発生器１の出力波形は、πを単位とする位相信号であり、図１（Ｂ）の信号波形Ｎ１に相当するものである。この位相信号は、波形発生器２ａに直接供給されると共に、移相器４ｂを介して波形発生器２ｂに供給される。
【００３７】
波形発生器２ａ、２ｂは、フィードバックループを備えた正弦波発生器である。両波形発生器の構成は同等であるので、波形発生器２ａを例にとって説明する。入力信号は、モジュロ加算器ＭＡ２に供給され、モジュロ加算器ＭＡ２の出力信号はサインテーブルＯＳＣ１に供給される。サインテーブルＯＳＣ１は、入力位相ｘに基づき、出力信号ｙ＝ｓｉｎπ・ｘ（−１≦ｘ＜１）を出力する。サインテーブルＯＳＣ１の出力信号は、そのまま出力されると共に、加算器Ａ１、乗算器Ｍ１、加算器Ａ２、遅延回路Ｄ２、乗算器Ｍ２を介してモジュロ加算器ＭＡ２にフィードバックされる。さらに、遅延回路Ｄ２の出力信号は、加算器Ａ１、Ａ２にもフィードバックされる。
【００３８】
このようなフィードバックループを備えた正弦波発生器は、たとえば特公昭６１−２０８７５号公報の実施例の欄に詳述されている。このようなフィードバック回路の出力波形は、フィードバック量が浅い場合には正弦波的な形状であるが、フィードバック量が増大すると、立ち下がり形状の鋸歯状波となる。フィードバック量が大きい場合、立ち上がり型鋸歯状波形状の位相信号を入力した波形発生器からは、位相がπずれた立ち下がり型鋸歯状波の出力波形が発生する。
【００３９】
すなわち、波形発生器２ａの入力位相と出力信号の関係は、図１（Ｂ）に示す波形信号Ｎ１とＮ３の関係である。
【００４０】
なお、波形発生器２ｂも波形発生器２ａと同等の（モジュロ加算器ＭＡ３、サインテーブルＯＳＣ２、加算器Ａ５、Ａ６、乗算器Ｍ７、Ｍ８、遅延回路Ｄ３を有する）構成を有し、同等の機能を有する。
【００４１】
変調器３は、ＰＷＭ用周波数ナンバ（周波数ｆ２に対応）が入力されるモジュロ加算器ＭＡ６、モジュロ加算器ＭＡ６にフィードバックをかける遅延回路Ｄ３、モジュロ加算器ＭＡ３の出力を受け、負値を正値に変換する絶対値回路ＡＢＳ、絶対値回路ＡＢＳの出力を正のピーク値と負のピーク値とが等しくなるようにシフトさせる加算器Ａ３を含む。
【００４２】
モジュロ加算器ＭＡ３は、入力されるＰＷＭ周波数ナンバを順次加算し、モジュロに達した時に初期値に戻す。たとえば、モジュロ加算器ＭＡ３の出力は−１から＋１に変化する鋸歯状波となる。絶対値回路ＡＢＳは、負値を正値に変換し、０から＋１の間で変化する三角波形を発生する。加算器Ａ３には、−０．５が入力され、絶対値回路ＡＢＳの出力を−０．５シフトし、−０．５から＋０．５の間で変化する出力波形を発生する。
【００４３】
図３の第１段および第２段に、モジュロ加算器ＭＡ６の出力Ｐ１および加算器Ａ３の出力Ｐ２の例を示す。
【００４４】
本実施例においては、変調移相領域を変化させるため、加算器Ａ３の出力に乗算器Ｍ４でＰＷＭ深さ信号ＰＤを乗算し、加算器Ａ４を介して加算器（シフタ）Ｍ６に入力し、定数Ｋを乗算する。たとえば、ＰＷＭ深さ係数ＰＤとして１／１６を乗算し、定数Ｋとして３２を乗算する。乗算器Ｍ４へ入力される−０．５から＋０．５の範囲で変化する三角波は、１／１６倍された後、３２倍され、−１から＋１の間で変化する三角波に変換される。
【００４５】
ＰＷＭ深さ係数ＰＤとして１を乗算する時は、乗算器Ｍ６の出力は−１６から＋１６の範囲で変化する三角波形となる。乗算器Ｍ６は、変調範囲を変更する機能を有するため、シフタと呼ぶ。
【００４６】
なお、加算器Ａ４には、乗算器Ｍ５の出力も入力される。乗算器Ｍ５には、たとえば位相変調の中心位相を定める信号ＰＨＡＳＥＣが入力される。なお、信号ＰＨＡＳＥＣは所定の値としてもよいし、音色毎に設定するパラメータとしてもよい。また、信号ＰＨＡＳＥＣを時間的に変化する信号として、さらに複雑な位相変調がかかるようにしてもよい。この信号は、たとえば−１、０、１の三値の１つをとる。乗算器Ｍ５は、シフタＭ６が３２倍することに合わせ、入力を１／３２倍する。乗算器Ｍ５への入力が−１、１であることは、シフタＭ６の出力において、位相が−π、＋π変化することを意味する。
【００４７】
シフタＭ６の出力は、リミッタＬＴを介してモジュロ加算器ＭＡ４に供給される。リミッタＬＴは、シフタＭ６から供給される入力信号をそのまま通過させるか、一定の絶対値でリミットするかの機能を有する。たとえば、リミット信号Ｌが１の場合、リミッタＬＴの出力は−１から＋１の領域内に制限される。
【００４８】
乗算器Ｍ４に供給されるＰＷＭ深さ係数ＰＤが１の場合、リミッタＬＴに入力される三角波は、−１６から＋１６の範囲内で変化する。リミッタＬＴがリミット機能を発揮する時は、この三角波の＋１以上、−１以下の部分を制限し、−１から＋１の領域内で変化する信号波形に変換する。
【００４９】
図３第３段目には、リミッタＬＴが機能した場合のリミッタの出力波形の例を示す。
【００５０】
図４（Ａ）は、リミッタＬＴの入力と出力の関係を概略的に示す。入力の絶対値がある値を越えると、リミッタ機能が作用し、出力はその時の値で飽和する。
【００５１】
図４（Ｂ）は、シフタＭ６およびリミッタＬＴの回路構成例を示す。入力するｍビットの信号が上位６ビットと下位ｎ−１ビットに分割され、上位６ビットはオール０かオール１かを判断される。オール０かオール１が成立する時は、飽和値として供給されるリミット定数ＬがマルチプレクサＭＵＸの飽和入力端子Ｓに入力される。この際、上位６ビット中の最上位ビットが符号ビットとしてマルチプレクサＭＵＸの端子１に供給され、飽和値の符号を制御する。リミット（飽和）値は±Ｌとなる。
【００５２】
上位６ビットが総て１でもなく、０でもない場合には、上位６ビット中の最下位ビットが下位（ｎ−１）ビットと共にマルチプレクサＭＵＸの端子０に供給され、最上位の符号ビットと共に出力を構成する。このようにして、図２の構成におけるシフタＭ６およびリミッタＬＴが実現される。なお、シフタとリミッタの構成はこの例に限らない。
【００５３】
変調器３は、モジュロ加算器ＭＡ４に移相信号を供給する。モジュロ加算器ＭＡ４は、位相発生器１から供給される位相信号を、変調器３から供給される移相角度シフトさせ、次のモジュロ加算器ＭＡ５に出力信号を供給する。モジュロ加算器ＭＡ５には、−１が加算される。−１の加算は、位相において−πの加算に相当し、入力する信号を逆相に変化させる。
【００５４】
モジュロ加算器ＭＡ４とＭＡ５が移相器４ｂを構成する。
移相器４ｂの出力は、波形発生器２ｂに供給される。波形発生器２ｂは、波形発生器２ａと同等の機能を有し、入力する位相に基づく鋸歯状波を出力する。なお、変調移相が“０”の場合、モジュロ加算器ＭＡ５に加算された−１により、波形発生２ａと波形発生器２ｂの発生する鋸歯状波は逆相の信号となる。
【００５５】
これらの信号は、それぞれ乗算器Ｍ３、Ｍ９を介し、加算器Ａ７に供給される。乗算器Ｍ３、Ｍ９および加算器Ａ７が、合波器６を構成する。逆相の鋸歯状波が加算器Ａ７で加算されることにより、図１（Ｂ）波形Ｎ５で示すようなデューティ比が制御された矩形波が発生する。
【００５６】
なお、変調器３の乗算器Ｍ４から加算器Ａ５に供給される移相角度が“０”の場合、乗算器Ｍ５の出力が“０”とすると、モジュロ加算器ＭＡ４は入力信号をそのまま通過させ、モジュロ加算器ＭＡ５で位相信号は逆相にされる。この場合、デューティ比は５０％である。
【００５７】
変調器３の乗算器Ｍ５に入力される信号が−１の場合、モジュロ加算器ＭＡ４に−１が入力され、さらにモジュロ加算器ＭＡ５で逆相にされるため、元の位相に戻りデューティ比は“０”となる。乗算器Ｍ５の入力が＋１をわずかに下回る数の場合、モジュロ加算器ＭＡ４に＋１をわずかに下回る数が供給され、モジュロ加算器ＭＡ５で逆相にされる結果、移相がわずかに異なる２つの鋸歯状波が発生し、デューティ比はほぼ１００％となる。
【００５８】
図５は、図１の回路構成を実現する他の構成を示す。本構成において、図２の回路構成と異なる点を主に説明する。位相発生器１と波形発生器２ａの間に、移相器４ａが挿入されている。移相器４ａは、モジュロ加算器ＭＡ８によって構成され、スイッチＳＷを介して変調器３と接続されている。変調器３の乗算器Ｍ４には１か１／８が供給され、シフタＭ６は入力を１６倍して出力する。乗算器Ｍ５の定数も１／１６となる。
【００５９】
この構成によれば、ＰＷＭ深さＰＤが“１”の時、リミッタＬＴに入力される移相角度は−８πから＋８πの間で変化し、それぞれモジュロ加算器ＭＡ４およびＭＡ８に供給される。モジュロ加算器ＭＡ４では減算を行い、モジュロ加算器ＭＡ８では加算を行う。したがって、２つの信号経路における位相差は−１６πから＋１６πの領域内で変化する。
【００６０】
なお、スイッチＳＷを開くことにより、モジュロ加算器ＭＡ８の機能を停止させることもできる。
【００６１】
図５におけるその他の構成については、図２に示す構成と同様である。
図７は、上述の実施例による楽音信号合成装置を含む電子楽器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００６２】
ＣＰＵ２０は、バス２４を介して、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、自動演奏装置２１の他、ＭＩＤＩインターフェース１１、検出回路１２、表示装置１４、楽音信号合成装置１５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２、フロッピディスクドライブ（ＦＤＤ）２３、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−リード・オンリィ・メモリ）ドライブ４１、通信インターフェース４３に接続される。
【００６３】
ＲＡＭ１９は、レジスタやバッファ等、ＣＰＵ２０のワーキングエリアを有する。ＲＯＭ１８は、コンピュータプログラムや種々のパラメータを記憶する。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ１８に記憶されるコンピュータプログラムに応じて、各種処理を行う。
【００６４】
ＣＰＵ２０は、検出回路１２を介して鍵盤１３上の演奏操作の信号を受ける他、自動演奏装置２１、ハードディスクドライブ２２、フロッピディスクドライブ２３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ４１、ＭＩＤＩインターフェース１１または通信インターフェース４３から演奏データを受けることができる。
【００６５】
フロッピディスクドライブ２３は、抜き差し可能なフロッピディスクに対してデータの読み出しおよび書き込みを行うことができる。演奏データが記憶されたフロッピディスクを、フロッピディスクドライブ２３に差し込むと、ＣＰＵ２０は、フロッピディスクに記憶されている演奏データを読み出すことができる。
【００６６】
ハードディスクドライブ２２は、大容量記憶装置であり、多数の演奏データを記憶することができる。ＣＰＵ２０は、フロッピディスクドライブ２３からハードディスクドライブ２２に演奏データをコピーすることができる。ＣＰＵ２０は、ハードディスクドライブ２２から演奏データを読み出すこともできる。
【００６７】
ＭＩＤＩインターフェース１１は、外部に対してＭＩＤＩデータを入出力することができる。例えば、演奏データを入出力することができる。
【００６８】
検出回路１２には、キーボードやマウス装置等の入力装置１３が接続される。ＣＰＵ２０は、検出回路１２を介して、入力装置１３のスイッチ状態等を検出する。操作者は、入力装置１３を操作することにより、各種の指定を行うことができる。例えば、再生を行いたい演奏データを指定することができる。また、入力装置１３は、再生を指示するための再生スイッチを有する。
【００６９】
表示回路１４は、種々の情報を表示する。ハードディスクドライブ２２等に記憶されている演奏データを表示することもできる。
【００７０】
ＣＰＵ２０と楽音信号合成装置１５は、上述のＰＷＭ方式に従った楽音信号合成を行うことができる。ＣＰＵ２０と楽音信号合成装置１５は、ＰＷＭ方式の楽音信号合成の他、さらに波形メモリ方式、ＦＭ方式、物理モデル方式、高調波合成方式、フォルマント合成方式のいずれかによる楽音信号合成を行えるものでもよい。楽音信号合成装置１５は、専用回路、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、またはＣＰＵ２０の機能の一部とソフトウェアないしこれらの組合わせで構成することができる。たとえば、楽音波形合成処理、さらには自動演奏処理やＭＩＤＩ信号等演奏信号の送受信までをＣＰＵとソフトウェアで（特別なハードウェアや周辺機器を用いることなく）行うようにしてもよい。
【００７１】
Ｄ／Ａ変換器１６は、楽音信号合成装置１５からデジタル楽音信号を受け、デジタル信号からアナログ信号に変換する。
【００７２】
サウンドシステム１７は、アンプとスピーカを有し、Ｄ／Ａ変換器１６からアナログの楽音信号を受ける。楽音信号は、アンプにより増幅され、スピーカから発音される。
【００７３】
ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２２は、コンピュータプログラムや自動演奏データ、コード進行データ等の各種データを記憶しておく記憶装置である。ＲＯＭ１８にコンピュータプログラムが記憶されていない場合、このＨＤＤ２２内のハードディスクにコンピュータプログラムを記憶させておき、それをＲＡＭ１９に読み込むことにより、ＲＯＭ１８にコンピュータプログラムを記憶している場合と同様の動作をＣＰＵ２０にさせることができる。このようにすると、コンピュータプログラムの追加やバージョンアップ等が容易に行える。
【００７４】
ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−リード・オンリィ・メモリ）ドライブ４１は、ＣＤ−ＲＯＭ４２に記憶されているコンピュータプログラムや各種データを読み出す装置である。読み出したコンピュータプログラムや各種データは、ＨＤＤ２２内のハードディスクにストアされる。コンピュータプログラムの新規インストールやバージョンアップ等が容易に行える。なお、このＣＤ−ＲＯＭドライブ４１以外にも、外部記憶装置として、フロッピィディスクドライブ２３、光磁気ディスク（ＭＯ）装置等、様々な形態のメディアを利用するための装置を設けるようにしてもよい。
【００７５】
通信インターフェース４３はＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）やインターネット、電話回線等の通信ネットワーク４４に接続されており、該通信ネットワーク４４を介して、サーバコンピュータ４５と接続される。ＨＤＤ２２内に上記コンピュータプログラムや各種データが記憶されていない場合、サーバコンピュータ４５からプログラムやデータがダウンロードされる。クライアントとなる本装置は、通信インターフェース４３及び通信ネットワーク４４を介してサーバコンピュータ４５へとコンピュータプログラムやデータのダウンロードを要求するコマンドを送信する。サーバコンピュータ４５は、このコマンドを受け、要求されたコンピュータプログラムやデータを、通信ネットワーク４４を介して装置へと配信し、本装置が通信インターフェース４３を介して、これらプログラムやデータを受信してＨＤＤ２２に蓄積することにより、ダウンロードが完了する。
【００７６】
なお、本実施例は、本実施例に対応するコンピュータプログラムや各種データをインストールした市販のパーソナルコンピュータ等によって、実施させるようにしてもよい。その場合には、本実施例に対応するコンピュータプログラムや各種データを、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピディスク等の、パーソナルコンピュータが読み込むことができる記憶媒体に記憶させた状態で、ユーザーに提供してもよい。そのパーソナルコンピュータ等が、ＬＡＮ、インターネット、電話回線等の通信ネットワークに接続されている場合には、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラムや各種データ等をパーソナルコンピュータ等に提供してもよい。
【００７７】
なお、鋸歯状波を発生する波形発生器としては、上述のフィードバックループを備えた正弦波発生器以外の構成を用いてもよい。たとえば、鋸歯状波の波形を記憶する波形メモリを用いることもできる。論理演算で波形を演算してもよい。また、波形発生器２ａ、２ｂが、各々鋸歯状波以外の波形を発生するものとしてもよい。種々の波形を選択的に指定したり、時間的に変化する波形を発生するようにすれば、さらに音色の幅やバリエーションを増加させることが可能である。
【００７８】
ＰＷＭの深さＰＤが２つの値のうち一方をとる場合を説明したが、この深さをキースケールさせてもよい。キースケールが０の場合は、従来のアナログ式シンセサイザのＰＷＭと等価になり、深さを音高周波数に比例させれば、いわゆるコーラス効果と等価になる。また、これらの中間の状態も実現可能である。たとえば、いくつかの音高毎にＰＷＭの深さを与えることもできる。
【００７９】
また、ＰＷＭ用の位相信号として三角波を用いる場合を説明したが、他の波形やエンベロープ発生器等を用いてもよい。また、リミッタのリミットする値を任意の値に変更することも可能である。
【００８０】
実施例において説明した処理をソフトウェアによって記述し、ＤＳＰまたはＭＰＵなどのプロセッサによって実行させることもできる。
【００８１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デジタル方式に適し、新規な楽音信号合成を行うことのできる楽音信号合成方法または装置が提供される。
【００８３】
鋸歯状波を用いた場合、従来のＰＷＭと同等の楽音信号合成を行うことができる。さらに、従来のＰＷＭにおける移相範囲が２πの領域内であったのに比較し、移相領域に制限を設ける必要がなくなる。また、２πを越える移相領域と２π以内の移相領域を選択することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による楽音信号合成装置の構成を示すブロック図および波形ダイヤグラムである。
【図２】 図１の回路構成を実現する構成例を示すブロック図である。
【図３】 図２の回路における変調用波形の例を示す波形ダイヤグラムである。
【図４】 図２の構成におけるシフタとリミッタの機能を説明するためのグラフおよびその構成例を示す回路図である。
【図５】 図１の回路構成を実現する他の構成例を示すブロック図である。
【図６】 従来技術におけるパルス幅変調を説明するための波形ダイヤグラムである。
【図７】 本発明の実施例による楽音合成装置を含む電子楽器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 位相発生器
２ 波形発生器
３ 変調器
４ 移相器
６ 合波器
Ａ 加算器
ＭＡ モジュロ加算器
Ｍ 乗算器
ＡＢＳ 絶対値回路
Ｄ 遅延回路
ＬＴ リミッタ
ＯＳＣ 発振器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子的楽音信号合成技術に関し、特に、デジタル方式に適した変調による電子的楽音信号合成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子的楽音信号合成装置としてアナログ式とデジタル式が知られている。アナログ式シンセサイザは、主に電圧信号によりＶＣＯ（電圧制御発振器）、ＶＣＦ（電圧制御周波数）、ＶＣＡ（電圧制御振幅）等の機能を制御し、音高、フィルタ周波数、エンベロープ等を形成して楽音信号を合成するものであった。
【０００３】
アナログ式シンセサイザの技術の１つに、パルス幅変調（ＰＷＭ）がある。一定周波数の矩形波のデューティ比を変調することにより、変調により楽音信号を形成する技術である。デューティ比を変化させるためには、鋸歯状波発振器と比較器を用いる。
【０００４】
図６は、アナログ式シンセサイザにおけるＰＷＭの原理を示す。図６（Ａ）は、比較器への２つの入力信号を示し、図６（Ｂ）は出力信号を示す。両図において、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。
【０００５】
図６（Ａ）において、２つの信号ＶｓｔとＶｔｈが比較器に入力される。一方の入力信号Ｖｓｔは、鋸歯状波であり、たとえば−１から＋１まで変化する。他方の信号Ｖｔｈは、閾値を定める信号であり、−１から＋１の範囲の値をとる。閾値信号Ｖｔｈも変化するが、その変化は信号Ｖｓｔの変化と比べれば、極めてゆっくりしているため、図中では一定値で示す。
【０００６】
比較器は、信号Ｖｔｈ以上に信号Ｖｓｔが上昇した時には“１”を与え、ＶｓｔがＶｔｈ未満になった時には“０”を出力する。したがって、比較器の出力は図６（Ｂ）に示すようになる。ここで、閾値信号Ｖｔｈの値が変化すると、図６（Ｂ）に示す出力パルス信号のパルス幅が変化することが判るであろう。このようにして、ＰＷＭが実行される。
【０００７】
なお、ＰＷＭは、変調周波数を復調するのみでなく、パルス幅を変調した矩形波自身を楽音信号として扱うこともできる。矩形波を楽音信号として利用する場合、デューティ比の変化は音色の変化をもたらす。たとえば、デューティ比５０％の矩形波は、奇数倍音が強い楽音であり、デューティ比を５０％からずらすと、偶数倍音が増加して音色が変化する。
【０００８】
クラリネット、オーボエ等のリード管楽器は、リードの開閉が矩形波に類似する性質を有し、矩形波信号で楽音信号を形成するのに適している。また、矩形波を用いて種々の効果音（擬音）を形成することもできる。
【０００９】
近年、シンセサイザはアナログ式からデジタル式に移行し、デジタル信号の処理により、電子楽音信号を合成するようになった。しかしながら、アナログ式シンセサイザの技術が総てデジタル式シンセサイザに移植された訳ではない。アナログ式シンセサイザで可能であった楽音に対する要求も強い。ＰＷＭはその１つである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、デジタル信号処理により、アナログ信号処理で実行できた処理と同等の処理、あるいはアナログでは成し得なかった処理を行える楽音信号合成方法または装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、デジタル信号処理によりパルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことのできる楽音信号合成方法または装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、デジタル信号処理に適した新規な変調による楽音信号合成技術を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる工程と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる工程と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる工程と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する工程とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成方法が提供される。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手段と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手段と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手段と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手段とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成装置が提供される。
本発明の他の観点によれば、第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手順と、第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手順と、前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手順と、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手順とを含み、前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である、プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１５】
第１の波形信号と第２の波形信号との位相差を制御し、これらの波形信号に基づき、変調により楽音信号を合成することにより、新たな楽音信号を得ることができる。
【００１６】
第１の波形信号と第２の波形信号とが位相のみが異なり、周波数、振幅が等しい鋸歯状波である場合、それらの差をとることにより、矩形波が発生する。位相差を変調すれば、矩形波のデューティ比が変更される。
【００１７】
従来の鋸歯状波と閾値との組み合わせによるＰＷＭと比べ、変調の移相領域が２πの領域に制限されない。また、移相領域を２πの範囲内に制限するようにすれば、従来のアナログ式ＰＷＭと同等の効果、あるいはそれを越える効果を得ることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１は、楽音信号合成装置の基本構成を示す。図１（Ａ）は、楽音信号合成装置のブロック図を示し、図１（Ｂ）は、信号波形が鋸歯状波である場合の回路主要部の波形を示す。
【００２０】
図１（Ａ）において、位相発生器１は、周波数ｆ１で２πの範囲内の位相を繰り返し発生する。たとえば、−πから＋πまでリニアに増加し、＋πから−πに瞬時に移行する周期的位相θ（ｔ）を発生する。
【００２１】
位相発生器１の出力ノードＮ１の信号波形を図１（Ｂ）第１段に示す。横軸は時間ｔを示し、縦軸は位相θを示す。
【００２２】
位相信号θ（ｔ）は、波形発生器２ａに供給されると共に、移相器４ｂに供給される。移相器４ｂは、変調器３からの移相信号φ（ｔ）を受け、位相θ（ｔ）をφ（ｔ）だけずらした信号θ＋φを波形発生器２ｂに供給する。なお、波形発生器２ａに供給される位相信号も、移相器４ｂと同様の機能を有する移相器４ａを介して供給してもよい。但し、移相角度φは異なるものとする。
【００２３】
移相器４ｂの出力ノードＮ２の波形を、図１（Ｂ）第２段に示す。移相角度φ（ｔ）をπとした場合を示す。πの移相により、時間軸上で半周期ずれた波形が発生する。
【００２４】
波形発生器２ａ、２ｂは、それぞれ入力した位相に基づき立ち下がる形状の鋸歯状波を発生する。入力する位相がπずれているため、発生する鋸歯状波は半周期ずれた状態となる。
【００２５】
波形発生器２ａ、２ｂの出力ノードＮ３、Ｎ４の信号波形を図１（Ｂ）第３段、第４段に示す。
【００２６】
ここで、変調器３が発生する移相角度φ（ｔ）が時間と共に変化すると、波形発生器２ｂの入力位相が時間と共に変化し、波形発生器２ｂの出力波形は時間軸上で前後するように変化する。
【００２７】
合波器６は、波形発生器２ａ、２ｂの出力波形を受け、その差を出力信号として供給する。合波器６の出力ノードＮ５の信号波形を図１（Ｂ）最下段に示す。信号波形Ｎ５は、信号波形Ｎ３から信号波形Ｎ４を引いた差分を示している。信号波形Ｎ３、Ｎ４が−１から＋１に瞬時に変化する時に、信号波形Ｎ５は−１から＋１へ、または＋１から−１へ変化し、矩形波を形成する。
【００２８】
なお、移相角度φ（ｔ）の時間変化により、波形発生器２ｂの出力信号波形（位相）が変化すると、合波器６の出力信号である矩形波のデューティ比が変化する。
【００２９】
このように、一対の波形発生器に入力する位相の一方を変調することにより、デューティ比が変調されたパルス信号を供給することができる。波形発生器出力波形が鋸歯状波である場合、矩形波のデューティ比が変調される。
【００３０】
しかしながら、波形発生器の出力波形は鋸歯状波に限らない。たとえば、矩形波、三角波、正弦波等の波形であってもよい。これらの場合にも、移相角度に応じた出力波形の変化が得られる。
【００３１】
なお、位相発生器１の出力信号を直接波形発生器２ａに供給した場合には、波形発生器２ａの出力波形は位相発生器１の出力位相のみによって決定されるが、位相発生器１の出力位相を移相器４ａを介して波形発生器２ａに供給した場合には、移相器４ａに供給される移相信号によって位相発生器１の出力位相が変調された（移相された）位相が波形発生器２ａに供給される。
【００３２】
図１（Ａ）に示す回路は、位相によって出力信号の波形を制御している。従来のアナログ式シンセサイザの場合には、比較器に供給する鋸歯状波と閾値信号との電圧（振幅）の大小関係により矩形波を発生していた。したがって、閾値は鋸歯状波の変化領域を越えることはできず、変調信号の移相領域は２πの範囲に制限されていた。図１（Ａ）に示す回路によれば、変調器３の発生する移相信号の変化領域は２πの領域に制限されない。２πの領域を越える範囲内で移相領域を設定することにより、新たな性質の楽音信号を生成することが可能となる。移相領域が２πを越える場合、本構成による合成波形（合成器出力）はゆったりとした、コーラス感のある、厚い音色を与えることができる。
【００３３】
位相変調は基本的に周波数変調と等価であり、位相を微分したものがピッチとなる。例えば、三角波で位相を変調するとすれば、ピッチ変化は矩形波状となり、一定幅の上下動を繰り返すことになる。つまり、ピッチのずれ量が周波数一定なので、その深さ（セント量）は被変調波オシレータの発振周波数に反比例する。
【００３４】
従って、高い周波数において位相変調で十分なピッチずれを実現するためには、位相変調の範囲を大きく取るか、変調周波数を高くする必要がある。しかし、変調周波数を高くすると、聴感上、ビブラートのようになってしまい、もっとゆったりとしたコーラス的な効果は得られない。従って、位相変調の範囲を多く（２π以上）取りたい。
【００３５】
ところが、位相変調の範囲はアナログでは２πを越えることはできない。一方、本実施例のようなディジタル方式による構成では容易に２π（あるいは±π）を越える位相変調が可能であり、上記効果が容易に得られる。
【００３６】
図２は、図１の回路を具体化した回路構成の例を示す。
位相発生器１は、周波数ｆ１に対応する周波数ナンバを入力し、−１から＋１の範囲をモジュロとする加算器ＭＡ１、遅延回路Ｄ１により周波数ｆ１の立ち上がり形状を有する鋸歯状波を発生する。この位相発生器１の出力波形は、πを単位とする位相信号であり、図１（Ｂ）の信号波形Ｎ１に相当するものである。この位相信号は、波形発生器２ａに直接供給されると共に、移相器４ｂを介して波形発生器２ｂに供給される。
【００３７】
波形発生器２ａ、２ｂは、フィードバックループを備えた正弦波発生器である。両波形発生器の構成は同等であるので、波形発生器２ａを例にとって説明する。入力信号は、モジュロ加算器ＭＡ２に供給され、モジュロ加算器ＭＡ２の出力信号はサインテーブルＯＳＣ１に供給される。サインテーブルＯＳＣ１は、入力位相ｘに基づき、出力信号ｙ＝ｓｉｎπ・ｘ（−１≦ｘ＜１）を出力する。サインテーブルＯＳＣ１の出力信号は、そのまま出力されると共に、加算器Ａ１、乗算器Ｍ１、加算器Ａ２、遅延回路Ｄ２、乗算器Ｍ２を介してモジュロ加算器ＭＡ２にフィードバックされる。さらに、遅延回路Ｄ２の出力信号は、加算器Ａ１、Ａ２にもフィードバックされる。
【００３８】
このようなフィードバックループを備えた正弦波発生器は、たとえば特公昭６１−２０８７５号公報の実施例の欄に詳述されている。このようなフィードバック回路の出力波形は、フィードバック量が浅い場合には正弦波的な形状であるが、フィードバック量が増大すると、立ち下がり形状の鋸歯状波となる。フィードバック量が大きい場合、立ち上がり型鋸歯状波形状の位相信号を入力した波形発生器からは、位相がπずれた立ち下がり型鋸歯状波の出力波形が発生する。
【００３９】
すなわち、波形発生器２ａの入力位相と出力信号の関係は、図１（Ｂ）に示す波形信号Ｎ１とＮ３の関係である。
【００４０】
なお、波形発生器２ｂも波形発生器２ａと同等の（モジュロ加算器ＭＡ３、サインテーブルＯＳＣ２、加算器Ａ５、Ａ６、乗算器Ｍ７、Ｍ８、遅延回路Ｄ３を有する）構成を有し、同等の機能を有する。
【００４１】
変調器３は、ＰＷＭ用周波数ナンバ（周波数ｆ２に対応）が入力されるモジュロ加算器ＭＡ６、モジュロ加算器ＭＡ６にフィードバックをかける遅延回路Ｄ３、モジュロ加算器ＭＡ３の出力を受け、負値を正値に変換する絶対値回路ＡＢＳ、絶対値回路ＡＢＳの出力を正のピーク値と負のピーク値とが等しくなるようにシフトさせる加算器Ａ３を含む。
【００４２】
モジュロ加算器ＭＡ３は、入力されるＰＷＭ周波数ナンバを順次加算し、モジュロに達した時に初期値に戻す。たとえば、モジュロ加算器ＭＡ３の出力は−１から＋１に変化する鋸歯状波となる。絶対値回路ＡＢＳは、負値を正値に変換し、０から＋１の間で変化する三角波形を発生する。加算器Ａ３には、−０．５が入力され、絶対値回路ＡＢＳの出力を−０．５シフトし、−０．５から＋０．５の間で変化する出力波形を発生する。
【００４３】
図３の第１段および第２段に、モジュロ加算器ＭＡ６の出力Ｐ１および加算器Ａ３の出力Ｐ２の例を示す。
【００４４】
本実施例においては、変調移相領域を変化させるため、加算器Ａ３の出力に乗算器Ｍ４でＰＷＭ深さ信号ＰＤを乗算し、加算器Ａ４を介して加算器（シフタ）Ｍ６に入力し、定数Ｋを乗算する。たとえば、ＰＷＭ深さ係数ＰＤとして１／１６を乗算し、定数Ｋとして３２を乗算する。乗算器Ｍ４へ入力される−０．５から＋０．５の範囲で変化する三角波は、１／１６倍された後、３２倍され、−１から＋１の間で変化する三角波に変換される。
【００４５】
ＰＷＭ深さ係数ＰＤとして１を乗算する時は、乗算器Ｍ６の出力は−１６から＋１６の範囲で変化する三角波形となる。乗算器Ｍ６は、変調範囲を変更する機能を有するため、シフタと呼ぶ。
【００４６】
なお、加算器Ａ４には、乗算器Ｍ５の出力も入力される。乗算器Ｍ５には、たとえば位相変調の中心位相を定める信号ＰＨＡＳＥＣが入力される。なお、信号ＰＨＡＳＥＣは所定の値としてもよいし、音色毎に設定するパラメータとしてもよい。また、信号ＰＨＡＳＥＣを時間的に変化する信号として、さらに複雑な位相変調がかかるようにしてもよい。この信号は、たとえば−１、０、１の三値の１つをとる。乗算器Ｍ５は、シフタＭ６が３２倍することに合わせ、入力を１／３２倍する。乗算器Ｍ５への入力が−１、１であることは、シフタＭ６の出力において、位相が−π、＋π変化することを意味する。
【００４７】
シフタＭ６の出力は、リミッタＬＴを介してモジュロ加算器ＭＡ４に供給される。リミッタＬＴは、シフタＭ６から供給される入力信号をそのまま通過させるか、一定の絶対値でリミットするかの機能を有する。たとえば、リミット信号Ｌが１の場合、リミッタＬＴの出力は−１から＋１の領域内に制限される。
【００４８】
乗算器Ｍ４に供給されるＰＷＭ深さ係数ＰＤが１の場合、リミッタＬＴに入力される三角波は、−１６から＋１６の範囲内で変化する。リミッタＬＴがリミット機能を発揮する時は、この三角波の＋１以上、−１以下の部分を制限し、−１から＋１の領域内で変化する信号波形に変換する。
【００４９】
図３第３段目には、リミッタＬＴが機能した場合のリミッタの出力波形の例を示す。
【００５０】
図４（Ａ）は、リミッタＬＴの入力と出力の関係を概略的に示す。入力の絶対値がある値を越えると、リミッタ機能が作用し、出力はその時の値で飽和する。
【００５１】
図４（Ｂ）は、シフタＭ６およびリミッタＬＴの回路構成例を示す。入力するｍビットの信号が上位６ビットと下位ｎ−１ビットに分割され、上位６ビットはオール０かオール１かを判断される。オール０かオール１が成立する時は、飽和値として供給されるリミット定数ＬがマルチプレクサＭＵＸの飽和入力端子Ｓに入力される。この際、上位６ビット中の最上位ビットが符号ビットとしてマルチプレクサＭＵＸの端子１に供給され、飽和値の符号を制御する。リミット（飽和）値は±Ｌとなる。
【００５２】
上位６ビットが総て１でもなく、０でもない場合には、上位６ビット中の最下位ビットが下位（ｎ−１）ビットと共にマルチプレクサＭＵＸの端子０に供給され、最上位の符号ビットと共に出力を構成する。このようにして、図２の構成におけるシフタＭ６およびリミッタＬＴが実現される。なお、シフタとリミッタの構成はこの例に限らない。
【００５３】
変調器３は、モジュロ加算器ＭＡ４に移相信号を供給する。モジュロ加算器ＭＡ４は、位相発生器１から供給される位相信号を、変調器３から供給される移相角度シフトさせ、次のモジュロ加算器ＭＡ５に出力信号を供給する。モジュロ加算器ＭＡ５には、−１が加算される。−１の加算は、位相において−πの加算に相当し、入力する信号を逆相に変化させる。
【００５４】
モジュロ加算器ＭＡ４とＭＡ５が移相器４ｂを構成する。
移相器４ｂの出力は、波形発生器２ｂに供給される。波形発生器２ｂは、波形発生器２ａと同等の機能を有し、入力する位相に基づく鋸歯状波を出力する。なお、変調移相が“０”の場合、モジュロ加算器ＭＡ５に加算された−１により、波形発生２ａと波形発生器２ｂの発生する鋸歯状波は逆相の信号となる。
【００５５】
これらの信号は、それぞれ乗算器Ｍ３、Ｍ９を介し、加算器Ａ７に供給される。乗算器Ｍ３、Ｍ９および加算器Ａ７が、合波器６を構成する。逆相の鋸歯状波が加算器Ａ７で加算されることにより、図１（Ｂ）波形Ｎ５で示すようなデューティ比が制御された矩形波が発生する。
【００５６】
なお、変調器３の乗算器Ｍ４から加算器Ａ５に供給される移相角度が“０”の場合、乗算器Ｍ５の出力が“０”とすると、モジュロ加算器ＭＡ４は入力信号をそのまま通過させ、モジュロ加算器ＭＡ５で位相信号は逆相にされる。この場合、デューティ比は５０％である。
【００５７】
変調器３の乗算器Ｍ５に入力される信号が−１の場合、モジュロ加算器ＭＡ４に−１が入力され、さらにモジュロ加算器ＭＡ５で逆相にされるため、元の位相に戻りデューティ比は“０”となる。乗算器Ｍ５の入力が＋１をわずかに下回る数の場合、モジュロ加算器ＭＡ４に＋１をわずかに下回る数が供給され、モジュロ加算器ＭＡ５で逆相にされる結果、移相がわずかに異なる２つの鋸歯状波が発生し、デューティ比はほぼ１００％となる。
【００５８】
図５は、図１の回路構成を実現する他の構成を示す。本構成において、図２の回路構成と異なる点を主に説明する。位相発生器１と波形発生器２ａの間に、移相器４ａが挿入されている。移相器４ａは、モジュロ加算器ＭＡ８によって構成され、スイッチＳＷを介して変調器３と接続されている。変調器３の乗算器Ｍ４には１か１／８が供給され、シフタＭ６は入力を１６倍して出力する。乗算器Ｍ５の定数も１／１６となる。
【００５９】
この構成によれば、ＰＷＭ深さＰＤが“１”の時、リミッタＬＴに入力される移相角度は−８πから＋８πの間で変化し、それぞれモジュロ加算器ＭＡ４およびＭＡ８に供給される。モジュロ加算器ＭＡ４では減算を行い、モジュロ加算器ＭＡ８では加算を行う。したがって、２つの信号経路における位相差は−１６πから＋１６πの領域内で変化する。
【００６０】
なお、スイッチＳＷを開くことにより、モジュロ加算器ＭＡ８の機能を停止させることもできる。
【００６１】
図５におけるその他の構成については、図２に示す構成と同様である。
図７は、上述の実施例による楽音信号合成装置を含む電子楽器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００６２】
ＣＰＵ２０は、バス２４を介して、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、自動演奏装置２１の他、ＭＩＤＩインターフェース１１、検出回路１２、表示装置１４、楽音信号合成装置１５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２、フロッピディスクドライブ（ＦＤＤ）２３、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−リード・オンリィ・メモリ）ドライブ４１、通信インターフェース４３に接続される。
【００６３】
ＲＡＭ１９は、レジスタやバッファ等、ＣＰＵ２０のワーキングエリアを有する。ＲＯＭ１８は、コンピュータプログラムや種々のパラメータを記憶する。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ１８に記憶されるコンピュータプログラムに応じて、各種処理を行う。
【００６４】
ＣＰＵ２０は、検出回路１２を介して鍵盤１３上の演奏操作の信号を受ける他、自動演奏装置２１、ハードディスクドライブ２２、フロッピディスクドライブ２３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ４１、ＭＩＤＩインターフェース１１または通信インターフェース４３から演奏データを受けることができる。
【００６５】
フロッピディスクドライブ２３は、抜き差し可能なフロッピディスクに対してデータの読み出しおよび書き込みを行うことができる。演奏データが記憶されたフロッピディスクを、フロッピディスクドライブ２３に差し込むと、ＣＰＵ２０は、フロッピディスクに記憶されている演奏データを読み出すことができる。
【００６６】
ハードディスクドライブ２２は、大容量記憶装置であり、多数の演奏データを記憶することができる。ＣＰＵ２０は、フロッピディスクドライブ２３からハードディスクドライブ２２に演奏データをコピーすることができる。ＣＰＵ２０は、ハードディスクドライブ２２から演奏データを読み出すこともできる。
【００６７】
ＭＩＤＩインターフェース１１は、外部に対してＭＩＤＩデータを入出力することができる。例えば、演奏データを入出力することができる。
【００６８】
検出回路１２には、キーボードやマウス装置等の入力装置１３が接続される。ＣＰＵ２０は、検出回路１２を介して、入力装置１３のスイッチ状態等を検出する。操作者は、入力装置１３を操作することにより、各種の指定を行うことができる。例えば、再生を行いたい演奏データを指定することができる。また、入力装置１３は、再生を指示するための再生スイッチを有する。
【００６９】
表示回路１４は、種々の情報を表示する。ハードディスクドライブ２２等に記憶されている演奏データを表示することもできる。
【００７０】
ＣＰＵ２０と楽音信号合成装置１５は、上述のＰＷＭ方式に従った楽音信号合成を行うことができる。ＣＰＵ２０と楽音信号合成装置１５は、ＰＷＭ方式の楽音信号合成の他、さらに波形メモリ方式、ＦＭ方式、物理モデル方式、高調波合成方式、フォルマント合成方式のいずれかによる楽音信号合成を行えるものでもよい。楽音信号合成装置１５は、専用回路、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、またはＣＰＵ２０の機能の一部とソフトウェアないしこれらの組合わせで構成することができる。たとえば、楽音波形合成処理、さらには自動演奏処理やＭＩＤＩ信号等演奏信号の送受信までをＣＰＵとソフトウェアで（特別なハードウェアや周辺機器を用いることなく）行うようにしてもよい。
【００７１】
Ｄ／Ａ変換器１６は、楽音信号合成装置１５からデジタル楽音信号を受け、デジタル信号からアナログ信号に変換する。
【００７２】
サウンドシステム１７は、アンプとスピーカを有し、Ｄ／Ａ変換器１６からアナログの楽音信号を受ける。楽音信号は、アンプにより増幅され、スピーカから発音される。
【００７３】
ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２２は、コンピュータプログラムや自動演奏データ、コード進行データ等の各種データを記憶しておく記憶装置である。ＲＯＭ１８にコンピュータプログラムが記憶されていない場合、このＨＤＤ２２内のハードディスクにコンピュータプログラムを記憶させておき、それをＲＡＭ１９に読み込むことにより、ＲＯＭ１８にコンピュータプログラムを記憶している場合と同様の動作をＣＰＵ２０にさせることができる。このようにすると、コンピュータプログラムの追加やバージョンアップ等が容易に行える。
【００７４】
ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−リード・オンリィ・メモリ）ドライブ４１は、ＣＤ−ＲＯＭ４２に記憶されているコンピュータプログラムや各種データを読み出す装置である。読み出したコンピュータプログラムや各種データは、ＨＤＤ２２内のハードディスクにストアされる。コンピュータプログラムの新規インストールやバージョンアップ等が容易に行える。なお、このＣＤ−ＲＯＭドライブ４１以外にも、外部記憶装置として、フロッピィディスクドライブ２３、光磁気ディスク（ＭＯ）装置等、様々な形態のメディアを利用するための装置を設けるようにしてもよい。
【００７５】
通信インターフェース４３はＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）やインターネット、電話回線等の通信ネットワーク４４に接続されており、該通信ネットワーク４４を介して、サーバコンピュータ４５と接続される。ＨＤＤ２２内に上記コンピュータプログラムや各種データが記憶されていない場合、サーバコンピュータ４５からプログラムやデータがダウンロードされる。クライアントとなる本装置は、通信インターフェース４３及び通信ネットワーク４４を介してサーバコンピュータ４５へとコンピュータプログラムやデータのダウンロードを要求するコマンドを送信する。サーバコンピュータ４５は、このコマンドを受け、要求されたコンピュータプログラムやデータを、通信ネットワーク４４を介して装置へと配信し、本装置が通信インターフェース４３を介して、これらプログラムやデータを受信してＨＤＤ２２に蓄積することにより、ダウンロードが完了する。
【００７６】
なお、本実施例は、本実施例に対応するコンピュータプログラムや各種データをインストールした市販のパーソナルコンピュータ等によって、実施させるようにしてもよい。その場合には、本実施例に対応するコンピュータプログラムや各種データを、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピディスク等の、パーソナルコンピュータが読み込むことができる記憶媒体に記憶させた状態で、ユーザーに提供してもよい。そのパーソナルコンピュータ等が、ＬＡＮ、インターネット、電話回線等の通信ネットワークに接続されている場合には、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラムや各種データ等をパーソナルコンピュータ等に提供してもよい。
【００７７】
なお、鋸歯状波を発生する波形発生器としては、上述のフィードバックループを備えた正弦波発生器以外の構成を用いてもよい。たとえば、鋸歯状波の波形を記憶する波形メモリを用いることもできる。論理演算で波形を演算してもよい。また、波形発生器２ａ、２ｂが、各々鋸歯状波以外の波形を発生するものとしてもよい。種々の波形を選択的に指定したり、時間的に変化する波形を発生するようにすれば、さらに音色の幅やバリエーションを増加させることが可能である。
【００７８】
ＰＷＭの深さＰＤが２つの値のうち一方をとる場合を説明したが、この深さをキースケールさせてもよい。キースケールが０の場合は、従来のアナログ式シンセサイザのＰＷＭと等価になり、深さを音高周波数に比例させれば、いわゆるコーラス効果と等価になる。また、これらの中間の状態も実現可能である。たとえば、いくつかの音高毎にＰＷＭの深さを与えることもできる。
【００７９】
また、ＰＷＭ用の位相信号として三角波を用いる場合を説明したが、他の波形やエンベロープ発生器等を用いてもよい。また、リミッタのリミットする値を任意の値に変更することも可能である。
【００８０】
実施例において説明した処理をソフトウェアによって記述し、ＤＳＰまたはＭＰＵなどのプロセッサによって実行させることもできる。
【００８１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デジタル方式に適し、新規な楽音信号合成を行うことのできる楽音信号合成方法または装置が提供される。
【００８３】
鋸歯状波を用いた場合、従来のＰＷＭと同等の楽音信号合成を行うことができる。さらに、従来のＰＷＭにおける移相範囲が２πの領域内であったのに比較し、移相領域に制限を設ける必要がなくなる。また、２πを越える移相領域と２π以内の移相領域を選択することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による楽音信号合成装置の構成を示すブロック図および波形ダイヤグラムである。
【図２】 図１の回路構成を実現する構成例を示すブロック図である。
【図３】 図２の回路における変調用波形の例を示す波形ダイヤグラムである。
【図４】 図２の構成におけるシフタとリミッタの機能を説明するためのグラフおよびその構成例を示す回路図である。
【図５】 図１の回路構成を実現する他の構成例を示すブロック図である。
【図６】 従来技術におけるパルス幅変調を説明するための波形ダイヤグラムである。
【図７】 本発明の実施例による楽音合成装置を含む電子楽器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 位相発生器
２ 波形発生器
３ 変調器
４ 移相器
６ 合波器
Ａ 加算器
ＭＡ モジュロ加算器
Ｍ 乗算器
ＡＢＳ 絶対値回路
Ｄ 遅延回路
ＬＴ リミッタ
ＯＳＣ 発振器
Claims (12)
- 第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる工程と、
第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる工程と、
前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる工程と、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する工程とを含み、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成方法。 - 前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とが同一振幅の鋸歯状波信号である請求項１記載の楽音信号合成方法。
- さらに、
前記移相領域を決定するパラメータを発生する工程と
前記パラメータに基づき、前記移相領域を決定する工程とを含む請求項１または２に記載の楽音信号合成方法。 - さらに、前記移相領域の範囲を制限するための信号に応じて、前記移相領域を２πの範囲内に制限する工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の楽音信号合成方法。
- 第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手段と、
第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手段と、
前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手段と、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手段とを含み、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である楽音信号合成装置。 - 前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とが同一振幅の鋸歯状波信号である請求項５記載の楽音信号合成装置。
- さらに、
前記移相領域を決定するパラメータを発生する手段と
前記パラメータに基づき、前記移相領域を決定する手段とを含む請求項５または６に記載の楽音信号合成装置。 - さらに、前記移相領域の範囲を制限するための信号に応じて、前記移相領域を２πの範囲内に制限する手段を含む請求項５〜７のいずれかに記載の楽音信号合成装置。
- 第１の周波数の第１の位相信号に基づき、第１の波形信号を発生させる手順と、
第２の周波数を指示する周波数情報に基づき、第２の周波数で移相領域内で変化する第２の位相信号を発生させる手順と、
前記第１の位相信号を前記第２の位相信号で移相することにより得られる第３の位相信号に基づき、第２の波形信号を発生させる手順と、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とを合成することにより楽音信号を形成する手順とを含み、
前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とは同じ波形形状である、プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記第１の波形信号と前記第２の波形信号とが同一振幅の鋸歯状波信号である請求項９記載の記録媒体。
- 前記プログラムが、さらに、
前記移相領域を決定するパラメータを発生する手順と
前記パラメータに基づき、前記移相領域を決定する手順とを含む請求項９または１０に記載の記録媒体。 - 前記プログラムが、さらに、前記移相領域の範囲を制限するための信号に応じて、前記移相領域を２πの範囲内に制限する手順を含む請求項９〜１１のいずれかに記載の記録媒体。
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-
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