JP3977654B2 - 波形生成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、楽音をサンプリングして得た楽音波形に基づいてピッチを変換した楽音波形を生成する波形生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、楽音をサンプリングして得た楽音波形を記憶しておき、その楽音波形を用いて、必要に応じてピッチ等を変換して楽音を再生する、サンプリング音源方式と呼ばれる楽音再生方式が広く知られており、現代電子楽器の普遍的な楽音再生方式となっている。しかしながら、従来この方式ではピッチを大幅に変化させると、ピッチのみでなく、音色、フォルマント、発音時間も大幅に変化してしまい、異様な楽音となってしまう。
【０００３】
このため、サンプリングして得た楽音波形の再生ピッチの変化範囲をある小さい範囲に制限する必要があり、楽音のピッチを鍵盤の鍵に対応づけた場合にその鍵盤をできるだけ多くの鍵域に細分し、各鍵域ごとにその鍵域内の代表的な鍵に対応したピッチの楽音をサンプリングして各鍵域ごとに楽音波形を得て記憶しておき、楽音の再生にあたっては、１つの鍵域内の楽音については、その鍵域に対応する楽音波形に基づいて、必要に応じてその鍵域内という狭いピッチシフト範囲内でのみピッチをシフトして楽音を再生するという方式が広く採用されている。
【０００４】
また最近では、サンプリングにより得られた楽音波形のフォルマントを保ちながら再生時間もピッチも独立に制御するという、例えば、特開平１０−２６０６８５号公報参照に記載されたような方式によって、ある特定のピッチの楽音をサンプリングして得た楽音波形に基づいて、楽音としての豊かさを保ったままかなり広い鍵域でピッチをシフトする技術が開発されている。この技術は、例えばフルートやサックスなど、フォルマントを知ることのできる楽器について有効な技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばピアノなどは、１ピッチごとに波形が異なるなど、フォルマントを一義的に定めることができない楽器も存在し、そのような楽器の場合には、上記の、フォルマントを保ったままピッチを変えるという技術を適用することは極めて困難である。また、フォルマントが分かっている楽器の場合も、アコースティックな楽器に基礎を置きつつ、そのアコースティックな楽器の音域を超えた広い音域にまで音域を広げることができるようにすることも要望される。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、楽音をサンプリングして得た楽音波形に基づいて、楽音としての豊かさを保ったまま音域を広げることのできる波形生成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の波形生成装置のうちの第１の波形再生装置は、１つの楽音波形から、ピッチがオクターブの関係にあるとともに相互に同一の時間長に伸縮された複数の楽音波形であって、これら複数の楽音波形のうちのピッチが最も低い楽音波形を除く楽音波形について各楽音波形中の低周波数成分がカットされて高周波数成分が抽出されてなる楽音波形を生成する波形生成手段と、この波形生成手段で生成された複数の楽音波形を合成する波形合成手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の波形生成装置は、楽音をサンプリングして得た元々の楽音波形（以下、この元々の楽音波形を「原波形」と称する）よりもピッチを下げる側に音域を広げる場合に有効である。
【０００９】
この第１の波形生成装置の場合、原波形を出発点として説明すると、１つには、この原波形に基づいて、ピッチを所望の音高に対応するピッチにまで下げた楽音波形を生成する。ここでは、このようにして生成される、再生楽音のピッチ感を決定する（音高を決める）波形を「主波形」と称する。また、原波形から、この主波形と比べピッチが１オクターブだけ高い楽音波形（これを「高域波形」と称する）を生成する。ここで、一例として、原波形のピッチを１オクターブ下げた楽音波形を主波形とする場合は、高域波形はピッチについては原波形そのものとなる（後述するように時間長は原波形とは異なることがある。）。
【００１０】
次に、これら主波形と高域波形とを合成して、広い周波数成分を持つ豊かな楽音波形を生成する。ここでは、主波形と高域波形は元々は同一の原波形に基づくものであるため、また、ピッチもオクターブ異なるだけのものであるため、これら主波形と高域波形は相性が良く、合成することによって１つの楽音となる可能性を持っている。しかし、単純に合成したのでは、元々は同一の原波形に基づく楽音波形ではあっても１つの楽音としては‘一体化’しては聞こえず、２つの楽音として聞こえるだけである。ここでは１つの楽音として一体化せずに複数の楽音として聞こえることを、“楽音が分離する”と称する。
【００１１】
そこで、高域波形についてはピッチ感をなくすために、その高域波形の、主波形の周波数帯域と重なる低周波数成分をカットして、その高域波形の高周波数成分のみを抽出し、この抽出した、高域波形の高周波数成分を主波形に合成する。こうすることにより、ピッチ感（音高）については主波形のピッチが優先する。しかし、以上のことを単純に行なったのでは、まだ楽音が分離したままである。
【００１２】
この原因を追求すると、１つの楽音はその１つの楽音が発音している間、厳密な意味でピッチが一定に保たれる訳ではなく、１つの楽音が発音している間であってもある中心のピッチからのピッチの変動（うねり）が生じている。また、楽音波形の振幅も時間的に変化したエンベロープを形成している。これらが、単なる電子的な音ではなく、楽音らしさ、楽音の豊かさを生じさせている大きな要因となっている。楽音を分離させずに１つの楽音として一体化させるには、このピッチの“うねり”やエンベロープも合わせる必要がある。そこで、ここでは、主波形と高域波形を、ピッチは１オクターブ異なるものの同一の時間的な長さを持った楽音波形とする。ピッチと時間長を独立に制御する技術としては、例えば前掲の公報等に記載されたＶａｒｉ Ｐｈｒａｓｅの技術等が知られている。同一の時間長を持った楽音波形とするにあたっては、合成楽音波形の基底をなす主波形の時間長に合わせた高域波形を生成することが好ましい。
【００１３】
このようにして生成した、ピッチが１オクターブ異なり、かつ時間長が同一な、主波形と、高域波形についてはその高周波数成分とを合成することにより、ピッチを大きく変化させても楽音としての豊かさが保たれ、しかも１つの楽音として一体化された楽音波形が生成される。
【００１４】
尚、ここでは、主波形と高域波形は、説明の分かりやすさのために１オクターブ異なる楽音波形である旨説明したが、１オクターブである必要はなく、２オクターブ異なっていてもよく、要するに主波形と高域波形はオクターブの関係（複数オクターブを含む）にあればよい。
【００１５】
また、ここでは、これも説明の分かりやすさのために主波形と高域波形（の高周波数成分）との２つの楽音波形を合成することについて説明したが、同じ原波形から、主波形と高域波形のほかに、さらに、高域波形よりも例えば１オクターブ高く、かつ、時間長は主波形や高域波形と同一の楽音波形を生成し、その楽音波形中の低周波数成分をカットして高周波数成分を抽出し、このようにして抽出したその楽音波形の高周波成分を、主波形や高域波形の高周波数成分と一緒に合成してもよい。この場合、楽音の種類、性質にもよるが、一層豊かな楽音を表わす楽音波形を生成することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明の波形再生装置のうちの第２の波形再生装置は、１つの楽音波形から、ピッチがオクターブの関係にあるとともに相互に同一の時間長に伸縮された複数の楽音波形であって、これら複数の楽音波形のうちのピッチが最も高い楽音波形を除く楽音波形については各楽音波形中の高周波成分がカットされて低周波数成分が抽出されてなる楽音波形を生成する波形生成手段と、この波形生成手段で生成された複数の楽音波形を合成する波形合成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の波形再生装置は、上述の第１の波形再生装置とは逆に、楽音をサンプリングして得た元々の楽音波形（原波形）よりもピッチを上げる側に音域を広げる場合に有効である。
【００１８】
ここでは、原波形に基づいて、ピッチを所望の音高に対応するピッチにまで上げた楽音波形を生成する。この楽音波形を「主波形」と称する。また原波形から、この主波形と比べ、ピッチが１オクターブあるいは２オクターブ低い、ただし時間長は主波形の時間長と同一の楽音波形（これを「低域波形」と称する）を生成する。このまま合成したのでは、低域波形のピッチ感が強く出るため、低域波形のうちの、ピッチ感を持つ高周波数成分をカットし、ピッチ感が弱められ低域への音の広がりを感じる低周波数成分を抽出する。このようにして抽出した、低域波形の低周波成分を主波形に合成する。こうすることにより、ピッチは主波形で感じ、かつ低域にまで音が広がった豊かな楽音を表わす楽音波形が生成される。
【００１９】
ここで、主波形と低域波形はもともとは同一の原波形から生成されたものであってピッチはオクターブの関係にあり時間長は同一であること、さらにここでは主波形と低域波形との２つの楽音波形を合成することについて説明するが、オクターブの関係にある３つ以上の波形を合成してもよいことなどは、高周波数成分をカットするか低周波数成分をカットするかの相違を除き、上述の第１の楽音生成装置の場合と同様である。
【００２０】
尚、上記の説明は、説明の分かりやすさのために、元々の楽音をサンプリングして得た原波形を出発点として説明したが、本発明の第１および第２の波形生成装置はいずれも必ずしも原波形を出発点として楽音波形を生成するものである必要はない。例えば、あらかじめ準備の段階で、楽音をサンプリングして得た原波形を加工して、所望のピッチ、所望の時間長の楽音波形を生成して、その楽音波形を記憶させておき、本発明の波形生成装置は、その記憶しておいた楽音波形に基づいて結果的に上記の説明と同様な波形を生成してもよい。
【００２１】
また、本発明の第１および第２の波形生成装置は、いずれも、原波形や、あるいはその原波形から生成した主波形など、本発明の波形生成装置による処理を行なう前の楽音波形を記憶しておき、楽音再生の指示を受けて本発明の波形生成装置を作用させてもよく（この場合、この波形生成装置は音源の一種として作用する）、あるいは、楽音をサンプリングして得た楽音波形に本発明の波形生成装置をあらかじめ作用させて所望の楽音波形を生成し、その生成した楽音波形を記憶しておいて、その楽音波形を、従来のサンプリング音源方式における楽音波形（ＰＣＭウェーブテーブル）として取り扱い、楽音再生時は、その記憶しておいた楽音波形をそのまま、あるいは狭い鍵域内でピッチシフトして楽音を再生してもよい。さらには、本発明の波形再生装置を、楽音のサンプリング時と楽音の再生時とに分けて作用させてもよい。例えば、サンプリング時には原波形に基づいて、生成されたピッチがオクターブの関係にある複数の楽音波形を生成して記憶しておき、楽音再生時には、読み出した楽音波形にかけるフィルタのカットオフ周波数を再生ピッチ等に基づいて調整したり、あるいは複数の楽音波形を合成するときの重み付けを再生ピッチ等に基づいて調整して、最終的な楽音波形を生成してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の波形生成装置の一実施形態を示す内部構成図である。
【００２４】
この図１に示す波形生成装置には、各種のプログラムを実行するＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１で実行される各種のプログラムを記憶したＲＯＭ１２、ＣＰＵ１１でプログラムを実行するときの作業領域や各種データの一時的な格納場所として使用されるＲＡＭ１３、ＣＰＵ１１からの指示に応じて楽音波形を再生する音源１４、この波形生成装置１に各種の指示を入力する操作子１５、演奏操作が行なわれその演奏操作に応じた指示をＣＰＵ１１にあるいはＣＰＵ１１を経由して音源１４に伝える鍵盤１６、この波形生成装置の状態や各種のメッセージを表示する表示部１７、および、外部からアナログの楽音信号を入力してディジタルの楽音波形に変換するＡ／Ｄ変換器１８が備えられており、それらはバス１０を介して相互に接続されている。
【００２５】
ここで、外部から取り込んだアナログの楽音信号は、Ａ／Ｄ変換器１８によりディジタルの楽音波形に変換され、そのディジタルの（以下、ディジタルであることは特に断わらない）楽音波形（ここでは、Ａ／Ｄ変換器１８で得られた楽音波形を「原波形」と称する）は、一旦ＲＡＭ１３に格納された後、音源１４内の波形メモリ（図３、図７参照）に記憶される。
【００２６】
図２は、図１に１つのブロックで示す鍵盤１６の模式図である。
【００２７】
この図２に示す例では、一点鎖線で囲われた領域内の各鍵に対応づけられて各原波形が記憶されたものとする。原波形が記憶されると、その原波形が記憶された領域内の最高音のノートナンバＮｏｔｅＨと最低音のノートナンバＮｏｔｅＬも記憶される。ノートナンバＮｏｔｅＰについては後述する
図２に示す例では、鍵盤１６の各鍵のうちの、一点鎖線で囲った領域内の鍵が押鍵されると、その押鍵された鍵に対応して記憶されている原波形が読み出されて発音され、その一点鎖線で囲った領域以外の、原波形が記憶されていない領域内の鍵が押鍵されると、ノートナンバＮｏｔｅＨおよびノートナンバＮｏｔｅＬのうちの、その押鍵された鍵に近い方のノートナンバの鍵に対応して記憶されている原波形に基づいて、以下のようにして、その押鍵された鍵に対応するピッチの楽音波形が合成されて発音される。
【００２８】
尚、図２に示す例では、原波形が記憶されていない鍵域は、ノートナンバＮｏｔｅＬよりも低音側にあるため、この図２に示す例の場合は、原波形が記憶されていない鍵を押鍵したときは、常に、ノートナンバＮｏｔｅＬの鍵に対応して記憶されている原波形に基づいて、押鍵した鍵に対応する楽音波形が合成される。図２に示す例とは異なり、原波形のうちの最高音のノートナンバＮｏｔｅＨよりも高音域側に、原波形が記憶されていない鍵域が広がっているときは、その音高域側の領域内の鍵を押下すると、その押下した鍵の楽音波形は、ノートナンバＮｏｔｅＨの原波形に基づいて合成される（図６参照）。
【００２９】
原波形あるいは合成された楽音の発音波形にあたっては、図１の音源１４で読み出されたディジタル信号としての原波形、あるいはその音源１４で合成されたディジタル信号としての楽音波形が、図示しないＤ／Ａ変換器によりアナログの楽音信号に変換され、さらに図示しないアンプ等を経由して、スピーカ２０からその楽音信号に応じた楽音が空間に放音される。
【００３０】
図３は、図１に示す波形生成装置１の音源１４の内部構成図である。この図３には、本発明の第１の波形生成装置の一実施形態を実現するための音源が示されている。
【００３１】
ここでは、この図３を参照しながら、原波形が記憶された領域内の最低音のノートナンバＮｏｔｅＬよりも丁度２オクターブ低い楽音に対応するノートナンバＮｏｔｅＰの鍵が押鍵されたものとして、楽音再生時の音源の動作について説明する。尚、原波形が記憶された鍵域内（図２に示す例では一点鎖線で囲んだ鍵域内）の鍵が押下されたときはその押下された鍵に対応する原波形を読み出すのみであり、その点に関しては従来から知られた技術であるため、ここでは説明は省略する。
【００３２】
図３に示すように、この音源１４には、波形メモリ１４１と、タイムストレッチ音源１４２と、補正係数生成器１４３と、高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂと、乗算器１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃと、加算器１４６とが備えられている。
【００３３】
波形メモリ１４１には、前述のようにして生成された、所定の鍵域内（図２に示す例では一点鎖線で囲った鍵域内）の各鍵に対応する原波形が記憶されている。
【００３４】
タイムストレッチ音源１４２には、ここには３つのチャンネル１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃが示されているが、各チャンネルは、波形メモリ１４１から読み出した原波形のピッチと時間長を独立に制御することができるものである。
【００３５】
また、補正係数生成器１４３には、図１の鍵盤１６の鍵の押下により生成されこの音源１４に入力された演奏情報に含まれる、その押下した鍵のノートナンバに応じたピッチＰｉが入力される。この補正係数生成器１４３では、その入力されたピッチＰｉに応じた、すなわち、押下した鍵に応じた、各種補正係数が生成される。この補正係数生成器１４３では、ピッチＰｉに応じた補正係数として、タイムストレッチ音源１４２において生成される楽音波形の時間方向の伸縮比Ｔｓ、各高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂの各カットオフ周波数、各乗算器１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃにおける各乗算係数（重み付けの重み）が生成される。
【００３６】
ピッチＰｉの情報は、タイムストレッチ音源１４２にも入力される。波形メモリ１４１からは、ノートナンバＮｏｔｅＬとノートナンバＮｏｔｅＨとのうち、そのピッチＰｉに対応する鍵に近い側のノートナンバ（ここに示す例ではノートナンバＮｏｔｅＬ）の鍵に対応する原波形が読み出され、チャンネル１４２ａでは、その読み出された原波形に基づいて、ピッチＰｉ、時間長Ｔｓの楽音波形が生成される。この楽音波形は、この音源から出力される楽音波形の楽音のピッチを決める楽音波形であり、前述したように、ここではこの楽音波形を「主波形」と称する。ただし、この主波形は、原波形と比べ２オクターブもピッチを下げた波形であり、時間長は特に伸縮しなかった場合は４倍に伸び、このままでは、楽音のアタックの部分も時間変化の遅い、なまった波形となり、楽音の種類によっては十分なアタック感が得られない楽音となってしまうおそれがある。したがってアタック感を必要とする楽音の場合は、アタックの部分（例えば楽音の再生開始から３０ｍｓｅｃの間）はピッチをシフトせずに時間長も原波形のままとすることが好ましい。
【００３７】
また、タイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ｂには、チャンネル１４２ａに入力される原波形と同一の原波形が入力され、そのチャンネル１４２ｂでは、その原波形に基づいて、ピッチが２倍Ｐｉ×２であって、時間の伸縮比も２倍Ｔｓ×２の楽音波形が生成される。ピッチが２倍Ｐｉ×２ということは、チャンネル１４２ａで生成される主波形よりも１オクターブ高い音高の楽音波形であって、時間の伸縮比が２倍Ｔｓ×２ということは、ピッチが２倍Ｐｉ×２の楽音であって時間の伸縮比が１．０（伸縮を行なわない）の楽音を生成すると時間長は本来半分の長さになってしまうところ、伸縮比を２倍Ｔｓ×２とすることで、時間長はチャンネル１４２ａで生成される楽音波形と同一の時間長の楽音波形を生成することを意味している。
【００３８】
さらに、タイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ｃでは、チャンネル１４２ａ，１４２ｂに入力される原波形と同一の原波形が入力され、その原波形に基づいて、ピッチが４倍Ｐｉ×４であって、時間の伸縮比も４倍Ｔｓ×４の楽音波形が生成される。ピッチが４倍Ｐｉ×４ということは、チャンネル１４２ａで生成される主波形よりも２オクターブ高い（チャンネル１４２ｂで生成される楽音波形よりも１オクターブ高い）音高の楽音波形であって、時間の伸縮比が４倍Ｔｓ×４ということは、チャンネル１４２ａ，１４２ｂで生成される楽音波形の時間長と同一の時間長の楽音波形が生成されることになる。
【００３９】
タイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ａで生成された主波形を除く、チャンネル１４２ｂ，１４２ｃで生成された２つの楽音波形は、それぞれ各高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂを通過する。これらの各高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂは各カットオフ周波数が補正係数生成器１４３からの、ピッチＰｉに応じた補正係数で制御されるものであり、各高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂは、タイムストレッチ音源１４２の各チャンネル１４２ｂ，１４２ｃで生成された各楽音波形の低周波数成分をカットし高周波数成分を抽出するフィルタである。
【００４０】
このようにして得られた主波形、および各高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂを通過した２つの楽音波形は、各乗算器１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃにより、補正係数生成器１４３からのピッチＰｉに応じた各補正係数が乗算され、さらに加算器１４６により相互に加算される。このようにして得られた楽音波形は、図示しないＤ／Ａ変換器によりアナログの楽音信号に変換され、さらに図示しないアンプ等を経由し、図１に示すスピーカ２０から楽音として空間に放音される。
【００４１】
尚、図３に示す例では、高域通過フィルタ１４４ａ，１４４ｂはタイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ｂ，１４２ｃの後段に配置されているがタイムストレッチ音源１４２の前段に配置し、波形メモリ１４１から読み出された原波形を先ずフィルタリングし、その後、タイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ｂ，１４２ｃでピッチおよび時間長を調整してもよい。ただし高域通過フィルタをタイムストレッチ音源の前段に配置した場合と後段に配置した場合とでは、タイムストレッチ音源２４２のピッチシフト量に応じてカットオフ周波数を変更することになる。
【００４２】
図４は、図３に示す音源の動作の説明図である。
【００４３】
この図４の横軸は周波数軸であり、ここでは楽音が周波数に展開されて示されている。各周波数における縦の直線は、その周波数の成分が安定していること、各周波数における三角形は、その周波数成分の周波数が安定せずに１つの楽音波形の中でふらついていることを示している。
【００４４】
図４（Ａ）は原波形（図２に示すノートナンバＮｏｔｅＬの鍵に対応する原波形）の周波数分布を示している。この図４（Ａ）の破線は、図３の高域通過フィルタ１４４ｂの特性を示すものであるが、この点については後述する。
【００４５】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の原波形のピッチを２オクターブ下げた楽音波形の周波数分布である。この楽音波形は、図３のタイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ａで生成される主波形の例である。
【００４６】
図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の原波形のピッチを１オクターブ下げた楽音波形の周波数分布である。原波形のピッチを１オクターブ下げた楽音波形は、主波形（図４（Ｂ））を基準にすると、この主波形より１オクターブ高い楽音波形である。この楽音波形は図３のタイムストレッチ音源１４２のチャンネル１４２ｂで生成される楽音波形の例である。
【００４７】
図４（Ｃ）の破線は、図３の高域通過フィルタ１４４ａの周波数特性を示しており、図４（Ｃ）の楽音波形（チャンネル１４２ｂで生成された楽音波形）が高域通過フィルタ１４４ａを通過すると、図５（Ｄ）に示すような、図４（Ｃ）の楽音波形のうち、その楽音波形の低周波数成分がカットされ高周波数成分が抽出された波形となる。
【００４８】
図４（Ｅ）は、図４（Ｂ）の楽音波形、すなわちチャンネル１４４ａで生成された主波形と、図４（Ｄ）の楽音波形、すなわち、チャンネル１４４ｂで生成されさらに高域通過フィルタ１４４ａを通過した後の楽音波形との２つの楽音波形を仮に加算した場合の楽音波形である。
【００４９】
この図４（Ｅ）の低域側は、図４（Ｂ）の主波形に基づく波形が支配的であり、ピッチ感は主波形が支配することになる。また、この図４（Ｅ）の高域側は各周波数成分の周波数が安定せずにピッチ感はなく、楽音が高域成分まで広がっていることにより楽音の豊かさを与えている。
【００５０】
図３に示す実施形態では、さらに、チャンネル１４２ｃでも楽音波形が生成される。
【００５１】
図４（Ａ）は原波形の周波数分布であると説明したが、ここでは、主波形（チャンネル１４２ａで生成される楽音波形）は原波形と比べ２オクターブ下がった波形である場合について説明しており、チャンネル１４３ｃで生成される楽音波形はチャンネル１４３ａで生成される楽音波形と比べピッチが４倍Ｐｉ×４、すなわち２オクターブ上の楽音波形であるため、チャンネル１４３ｃでは、結局、原波形のピッチと同じピッチを持った楽音波形が生成されることになる。したがって図４（Ａ）は、チャンネル１４２ｃで生成される楽音波形の周波数分布をも表わしている。
【００５２】
チャンネル１４２ｃで生成された、図４（Ａ）に周波数分布を示す楽音波形は、図４（Ａ）に破線で示す特性の高域通過フィルタ１４４ｂを通過し、これにより、図４（Ａ）の楽音波形中の低周波数成分がカットされて高周波数成分が抽出され、図４（Ｆ）に周波数分布を示す楽音波形が生成される。
【００５３】
図４（Ｇ）は、図４（Ｂ）、図４（Ｄ）、図４（Ｆ）の３つの楽音波形を加算した楽音波形の周波数特性を示す図であり、これは、図３の３つの乗算器１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃにおける補正係数を全て１とした場合の、加算器１４６から出力される楽音波形に相当する。
【００５４】
この図４（Ｇ）の楽音波形のピッチは、図４（Ｂ）の、２オクターブ下げた楽音のピッチが支配的であり、かつ高域まで広く成分が広がった豊かな楽音となる。
【００５５】
図５は、楽音波形のピッチのうねりおよび楽音波形のエンベロープの説明図である。図４の場合と異なり横軸は、時間軸である。
【００５６】
図５（Ａ）は、ある楽音波形（例えば原波形）のピッチの時間的な変化（ピッチの‘うねり’）を示した図である。楽器の種類によっては、ピッチに‘うねり’が存在することがその楽器の楽音らしさを形成している。
【００５７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の楽音波形のピッチを単純に１オクターブ下げた楽音波形のピッチの‘うねり’を示した図である。
【００５８】
また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）と同じ楽音波形（例えば原波形）の振幅のエンベロープを示した図である。このようなエンベロープもその楽器の楽音らしさを形づくっている。
【００５９】
図５（Ｄ）は図５（Ａ）、図５（Ｃ）の楽音波形のピッチを単純に１オクターブさげた楽音波形のエンベロープを示した図である。
【００６０】
楽音波形のピッチを単純に１オクターブ下げるとその時間長は２倍となり、ピッチのうねりやエンベロープは１／２の変化速度となる。これら２つの楽音波形を、例えば図４を参照して説明したようにして合成しても、２つの楽音に分離して聞こえ、一体となった１つの楽音とはならない。
【００６１】
そこで、図３に示す音源では、タイムストレッチ音源１４２を採用し、ピッチはシフトさせるとともに時間長は同一の複数の楽音波形を生成している。
【００６２】
図６は、図２と同様、図１に１つのブロックで示す鍵盤１６の模式図である。
【００６３】
図２に示す例では、鍵盤１６の高音域側の各鍵に対応する原波形が記憶され、原波形が記憶された鍵域のうちの最低音の原波形が記憶された鍵（ノートナンバＮｏｔｅＬ）に基づいてさらに低音域側の鍵に対応する楽音波形が合成されたが、図６では、鍵盤１６の低音域側（一点鎖線で囲った鍵域）について原波形が記憶されており、その鍵域よりも高音域側の鍵に対する楽音波形が合成される。以下では、原波形が記憶された鍵域（図６の一点鎖線で囲った鍵域）のうちの最高音の鍵のノートナンバＮｏｔｅＨよりも２オクターブ高いノートナンバＮｏｔｅＰの鍵が押下されたときの楽音波形の合成について説明する。
【００６４】
図７は、図１に示す波形生成装置１の音源１４の内部構成のもう１つの例を示す図である。この図７には、本発明の第２の波形生成装置の一実施形態を実現する音源が示されている。
【００６５】
この図７に示す音源１４には、波形メモリ２４１と、タイムストレッチ音源２４２と、補正係数生成器２４３と、低域通過フィルタ２４４と、乗算器２４５ａ，２４５ｂと、加算器２４６が示されている。
【００６６】
波形メモリ２４１は、図６に一点鎖線で囲った鍵域内の各鍵に対応する原波形が記憶される。
【００６７】
タイムストレッチ音源２４２は、この図７では２つのチャンネル２４２ａ，２４２ｂが示されている。各チャンネル２４２ａ，２４２ｂは、図３の場合と同様、波形メモリ２４１から読み出した原波形のピッチと時間長を独立に制御することができるものである。
【００６８】
また、補正係数生成器２４３には、図１の鍵盤１６の鍵の押下により生成されてこの音源に入力された演奏情報に含まれる、その押下した鍵に応じたピッチＰｉが入力される。
【００６９】
この補正係数生成器２４３では、入力されたピッチＰｉに応じた、すなわち、押下した鍵に応じた各種補正係数、すなわち、タイムストレッチ音源２４２における楽音波形の時間方向の伸縮比Ｔｓ、低域通過フィルタ２４４のカットオフ周波数、および各乗算器２４５ａ，２４５ｂの各乗算係数（重み付けの重み）が生成される。
【００７０】
ピッチＰｉの情報は、タイムストレッチ音源２４２にも入力される。波形メモリ２４１からは、ノートナンバＮｏｔｅＬとノートナンバＮｏｔｅＨとのうちの、そのピッチＰｉに対応する鍵に近い側のノートナンバ（ここに示す例では、図６に示すノートナンバＮｏｔｅＨ）の鍵に対応する原波形が読み出され、チャンネル２４２ａでは、その読み出された原波形に基づいて、ピッチＰｉ、時間長Ｔｓの楽音波形が生成される。この楽音波形は、この音源から出力される楽音波形の楽音のピッチ（音高）を決める主波形である。
【００７１】
また、タイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ｂでは、チャンネル２４２ａに入力される原波形と同一の原波形が入力され、その原波形に基づいて、ピッチが１／４倍Ｐｉ×１／４であって、時間の伸縮比も１／４倍Ｔｓ×１／４の楽音波形が生成される。ピッチが１／４倍Ｐｉ×１／４ということは、チャンネル１４２ａで生成される主波形よりも２オクターブ低い音高の楽音波形であって、時間の伸縮比が１／４倍Ｔｓ×１／４ということは、本来ピッチが１／４倍Ｐｉ×１／４であって時間の伸縮比が１．０（伸縮を行なわない）の楽音を生成すると時間長は４倍の長さになってしまうところ、伸縮比を１／４倍Ｔｓ×１／４とすることで、時間長はチャンネル１４２ａで生成される楽音波形の時間長と同一の時間長の楽音波形を生成することを意味している。
【００７２】
タイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ｂで生成された楽音波形は、低域通過フィルタ２４４を通過する。この低域通過フィルタ２４４は、そのカットオフ周波数が、補正係数生成器２４３からの、ピッチＰｉに応じた補正係数で制御されるものであり、低域通過フィルタ２４４は、タイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ｂで生成された楽音波形の高周波数成分をカットし低周波数成分を抽出するフィルタである。
【００７３】
このようにして得られた主波形、および低域通過フィルタ２４４を通過した楽音波形は、各乗算器２４５ａ，２４５ｂにより、補正係数生成器２４３からのピッチＰｉに応じた各補正係数が乗算され、さらに加算器２４６により相互に加算される。このようにして得られた楽音波形は、図示しないＤ／Ａ変換器によりアナログの楽音信号に変換され、さらに図示しないアンプ等を経由して、図１に示すスピーカ２０から楽音として空間に放音される。
【００７４】
尚、この図７に示す例においても、低域通過フィルタ２４４はタイムストレッチ音源２４２の後段に配置されているが、この低域通過フィルタは、タイムストレッチ音源２４２の前段に配置されていてもよい。ただし低域通過フィルタをタイムストレッチ音源の前段に配置した場合と後段に配置した場合とではタイムストレッチ音源２４２でピッチがシフトされる分、カットオフ周波数を変更することになる。
【００７５】
図８は、図７に示す音源の動作説明図である。図４の場合と同様、横軸は周波数軸である。各周波数における縦の直線は、その周波数の成分が安定していること、各周波数における三角形あるいは山形は、周波数が安定せずに周波数がふらついていることを示している。
【００７６】
ここでは、図８（Ａ）が原波形の周波数分布を示しているものとする。この図８（Ａ）の破線は、図７の低域通過フィルタ２４４の周波数特性を示している。この低域通過フィルタ２４４については後述する。
【００７７】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の原波形のピッチを２オクターブ上げた楽音波形の周波数分布である。
【００７８】
この図８（Ｂ）の楽音波形は、図７のタイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ａで生成される主波形の例である。
【００７９】
図８（Ａ）は原波形（図６に示すノートナンバＮｏｔｅＨの鍵に対応する原波形）の周波数分布を示すとともに、タイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ｂで生成される楽音波形の周波数分布をも示すものである。ここに示す例では、チャンネル２４２ａで生成される主波形は、原波形よりも２オクターブ高いピッチの楽音波形であり、チャンネル２４２ｂで生成される楽音波形はその主波形に対し２オクターブ下の楽音波形であり、したがってチャンネル２４２ｂで生成される楽音波形は、時間長はチャンネル２４２ａで生成される主波形の時間長と同一であるが、ピッチ（周波数分布）は、原波形と同じく、図８（Ａ）に示すものとなる。
【００８０】
タイムストレッチ音源２４２のチャンネル２４２ｂで生成された、図８（Ａ）の周波数分布を持つ楽音波形は、図８（Ａ）に破線で示す特性の低域通過フィルタ２４４に入力され、図８（Ｃ）に示すように、図８（Ａ）の楽音波形の高周波数成分がカットされて低周波数成分が抽出された楽音波形が生成される。この低域通過フィルタ２４４のカットオフ周波数は、楽音の低域の豊かさを残しつつもピッチ感のない低周波数成分が抽出されるように設定される。
【００８１】
図８（Ｄ）は、図８（Ｂ）に示す主波形と、図８（Ｃ）に示す低域通過フィルタ２４４を通過した楽音波形を重みを１：１にしたまま加算したときの楽音波形の周波数分布を示している。
【００８２】
ピッチ感（音高）は、主波形、すなわち原波形を２オクターブ上げた楽音波形が支配的であるが、楽音の低域の豊かさをも合わせ持つ楽音波形が生成される。
【００８３】
図９は、図７の低域通過フィルタに加えて櫛形フィルタを配置したときの作用を示す図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は図８（Ａ）〜図８（Ｃ）とそれぞれ同一であり、図９（Ｄ）のみが図８（Ｄ）と異なる。
【００８４】
ここに配置される櫛形フィルタは、ピッチＰｉに応じてカットする周波数が変化するものであり、図９（Ｃ）の鋭く立った直線（ピッチ感が多少なりとも残る安定した周波数の成分）がカットされる。これにより、ピッチ感は一層確実に図９（Ｂ）の主波形が優勢となり、その主波形に加えられる低域の楽音は、ピッチ感のない、楽音としての低域の豊かさを与える役割りのみを担うこととなる。
【００８５】
尚、図６〜図９を参照して説明した、楽音波形のピッチを上げる場合においても、タイムストレッチ音源２４２の各チャンネル２４２ａ，２４２ｂで生成される楽音波形の時間長は同一に保たれており、したがって図５を参照して説明したピッチのうねりやエンベロープの問題をクリアし、一体的な１つの楽音を表わす楽音波形が生成される。
【００８６】
また、図７に示す例は、２オクターブ異なる２つの楽音波形を合成する例であるが、図３の場合と同様、ピッチを上げる場合においても３つあるいはそれ以上の楽音波形を合成してもよい。それらのいずれの場合であっても、複数の楽音波形のピッチはオクターブの関係が保たれ、時間長は互いに同一に調整される。
【００８７】
尚、ここでは、ピッチを下げる場合（図３）とピッチを上げる場合（図７）とに分けて音源の例を示したが、これらを一体的に構成し、ピッチを上げる場合にも下げる場合にも対応することのできる音源を構成してもよいことはもちろんである。
【００８８】
また、ここでは、波形メモリに原波形が格納され、楽音再生時に原波形から複数の楽音波形を生成して合成したが、鍵盤の、原波形が対応づけられていない各鍵について、上記と同様にして楽音波形を合成して、その合成した楽音波形を波形メモリに格納しておき、楽音再生時には、その波形メモリから読み出した楽音波形をそのまま出力するようにしてもよい。あるいは上記の説明における主波形に対応する楽音波形のみ事前に生成して波形メモリに記憶しておき、残りの処理は、楽音再生時に行なってもよい。すなわち、本発明の波形再生装置は、楽音再生時に作用させることもでき、音源の波形メモリに記憶させる楽音波形を生成するときに作用させてもよく、音源の波形メモリに記憶させてる楽音波形を生成するときと、楽音再生時とに分担させて作用させてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォルマントが定まらない場合を含め、ピッチをシフトし、しかも楽音としての豊かさを保った楽音波形を生成することにより、楽音の音域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の波形生成装置の一実施形態を示す内部構成図である。
【図２】 鍵盤の模式図である。
【図３】 波形生成装置の音源の内部構成図である。
【図４】 音源の動作の説明図である。
【図５】 楽音波形のピッチのうねりおよび楽音波形のエンベロープの説明図である。
【図６】 鍵盤の模式図である。
【図７】 波形生成装置の音源の内部構成のもう１つの例を示す図である。
【図８】 音源の動作説明図である。
【図９】 低域通過フィルタに加えて櫛形フィルタを配置したときの作用を示す図である。
【符号の説明】
１ 波形生成装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 音源
１５ 操作子
１６ 鍵盤
１７ 表示部
１８ Ａ／Ｄ変換器
２０ スピーカ
１４１，２４１ 波形メモリ
１４２，２４２ タイムストレッチ音源
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，２４２ａ，２４２ｂ チャンネル
１４３，２４３ 補正係数生成器
１４４ａ，１４４ｂ 高域通過フィルタ
２４４ 低域通過フィルタ
１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃ，２４５ａ，２４５ｂ 乗算器
１４６，２４６ 加算器

Claims (2)

1. １つの楽音波形に基づいて、ピッチ感を決定する主波形と、
   主波形よりピッチがオクターブの関係で高く、低周波数成分がカットされた１以上の楽音波形とからなる複数の楽音波形を、それぞれが同一の時間長となるよう伸縮して生成する波形生成手段と、
   前記波形生成手段で生成された複数の楽音波形を合成する波形合成手段とを備えたことを特徴とする波形生成装置。
2. １つの楽音波形に基づいて、ピッチ感を決定する主波形と、
   主波形よりピッチがオクターブの関係で低く、高周波成分がカットされた１以上の楽音波形とからなる複数の楽音波形を、それぞれが同一の時間長となるよう伸縮して生成する波形生成手段と、
   前記波形生成手段で生成された複数の楽音波形を合成する波形合成手段とを備えたことを特徴とする波形生成装置。

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