JP4311667B2 - 電子楽音発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子楽音発生装置に関し、特に、電子楽音の発音リソースを効率よく使用するのに好適な電子楽音発生装置に関する。

電子鍵盤楽器において離鍵操作が行われると、離鍵された鍵盤の音を発音中の発音リソースは、所定の条件に従って発音割り当てを解除される。この発音割り当て解除により、この発音リソースに次の押鍵に基づく発音を割り当てることができる。例えば、振幅エンベロープがゼロになった時や、振幅エンベロープが離鍵時の予定割合（一例として９９％）にまで減衰した時等に、当該発音リソースの発音割り当てを解除する。

特公昭６２−２２１５８号公報には、発音中の発音リソースのうち離鍵状態にあって減衰が最も進んでいるものに新たな発音を割り当てる割り当て方式が開示されている。この割り当て方式では、減衰開始後からの発音の減衰持続時間に関連する減衰計数番号を予め鍵コード毎に設定しておき、離鍵時に、その鍵コードに対応する減衰計数番号をアサインメントメモリに格納する。そして、この減衰計数番号を一定の割り込み周期で減算していき、新たな押鍵が検出されたときに最も減衰計数番号が小さくなっている鍵コードに対応する発音が割り当てられている発音リソースを開放してこの押鍵に対応する発音を割り当てる。
特公昭６２−２２１５８号公報

しかし、離鍵時からの発音経過は音色によって異なり、例えば、離鍵後も長く伸びる音色の場合は、振幅エンベロープがゼロになったと判断されるまでに時間がかかりすぎるという欠点がある。また、振幅エンベロープが予定割合になったときに発音割り当てを解除すると、途中で消音されてしまい、長く伸びる音色の特徴を十分に表現できないという欠点がある。

一方、離鍵後直ちに立ち消えとなるような音の場合、離鍵後直ちに発音割り当てられても違和感がないにもかかわらず、振幅エンベロープが減衰するまで必要以上に長く発音リソースが拘束されるという欠点がある。

また、特許文献１に開示された割り当て方式では、鍵コード毎に予め設定した減衰計数番号を設定するので、上鍵盤、下鍵盤、ペダル鍵盤等多数の鍵盤を持ち、各鍵盤だけでなく各鍵盤を複数の領域に分割して各領域毎に音色を設定可能な電子オルガン等に対応して発音リソースを割り当てることは困難であった。

本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成で音色毎に適切な時期に発音リソースを開放することができる電子楽音発生装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、複数の発音リソースを備え、かつ複数の音色系列で発音が可能である電子楽音発生装置において、発音終了指示に応答して消音途中である発音リソースを発音割り当て可能にする時期を、該発音終了指示の対象音の音色系列に応じて決定する点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記対象音の音色系列に対応する離鍵パラメータに基づき、減衰速度が大きい音色系列の音ほど前記発音リソースを発音割り当て可能にする時期を早めるようにした点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記発音終了指示に応答して、予め設定した第１の値に前記減衰速度の関数を加算や減算する等の演算し、この演算結果が前記第１の値とは異なる第２の値を以上になるか第２の値未満になるかする等、予定の値に到達した場合に前記消音途中の発音リソースを発音割り当て可能にする点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記減衰速度の関数が、予め設定された周期で前記第１の値に演算される点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記減衰速度の関数の演算が、前記消音途中の発音リソースのエンベロープが予定レベルに低減する毎に繰り返される点に第５の特徴がある。

上記特徴を有する本発明によれば、消音を開始した発音リソースに割り当てられている音の音色系列に応じて、例えば、減衰速度が大きい音色系列では前記発音リソースを発音割り当て可能にする時期が早められ、減衰速度が小さい音色系列では発音リソースを発音割り当て可能にする時期が遅らされる。これによって、発音終了指示後、つまり離鍵後の発音時間の短い音を消音中である発音リソースは素速く開放されて、次の発音開始指示に対応することができる。また、離鍵後の発音時間の長い音を発音中の発音リソースは発音を短時間で強制的に終了されることなく、十分な時間発音を維持してから発音リソースに新たな音の発音を割り当て可能に切り替えることができる。

特に、第５の特徴では、エンベロープが予定レベルまで低下する毎に発音リソースを開放してもよいかどうかの決定が行われる。したがって、エンベロープが低いレベルまで低下したときに直ちに発音リソースを開放するのと異なり、減衰速度が小さい音は、エンベロープのレベルがゼロ近辺まで低下した後も、ゼロに至るまで判断が繰り返されて長く音を延ばすことができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る電子楽器のブロック図である。同図において、電子楽器１は、例えば、電子オルガンであり、指示を入力するのに用いられる鍵盤２および操作パネル３を備える。鍵盤２は、上鍵盤２ａ、下鍵盤２ｂ、およびペダル鍵盤２ｃを含むが、鍵盤２の構成はこれに限らない。鍵盤２は押鍵・離鍵を検出する図示しないキーセンサを備え、演奏者の演奏を演奏情報（キーナンバおよびベロシティを含む）としてリアルタイムに出力する。

操作パネル３は、操作スイッチ３ａと表示器３ｂとを含む。鍵盤２はキースキャン回路４を介してバス５に接続され、操作パネル３の操作スイッチ３ａはパネルスキャン回路６を介して、表示器３ｂは表示回路７を介してそれぞれバス５に接続される。表示器３ｂはＬＥＤ表示灯やＬＣＤ（液晶表示器）である。

鍵盤２や操作パネル３から入力された指示に従って処理を実行するＣＰＵ８が設けられ、このＣＰＵ８での処理に使用されるプログラムやデータを格納するＲＡＭ９、ＲＯＭ１０、およびアサインメントメモリ１１がバス５に接続される。なお、アサインメントメモリ１１はＲＡＭ９と一体に構成することもできる。

ＲＯＭ１０には、ＣＰＵ８が各種処理を行うためのプログラムや、値の変わらない固定データ、場合によっては楽音波形データやエンベロープ波形データが記憶される。ＲＡＭ９には、各種処理データ等の値が変わる変更データが記憶される。

ＣＰＵ８で処理されたデータに基づいて楽音信号を出力する音源つまり発音リソース（以下、単に「リソース」という）１２がバス５に接続され、リソース１２はサウンドシステム１３に接続される。リソース１２は、複数の楽音を同時発音できるように、例えば、図３に関して後述するように合計６４個のリソースを設ける。サウンドシステム１３は楽音信号のＤ／Ａ変換器１４、増幅器１５およびスピーカ１６を備える。

さらに、電子楽器１では、追加の機能として鍵盤２から入力される演奏情報だけでなく外部から供給されるＭＩＤＩ楽音情報に従って楽音を発生することができるようにするのが好ましい。そのためにＭＩＤＩ楽音情報の入出力インタフェース（ＭＩＤＩ Ｉ／Ｏ）１７を設けることができる。

操作スイッチ３ａの各スイッチは、上鍵盤２ａ、下鍵盤２ｂ、およびペダル鍵盤２ｃに設定される音色、リズム等の選択を行うもので、各スイッチの状態は、パネルスキャン回路６によってスキャンされる。スキャンによって認識された音色、リズム等に関するデータは、ＣＰＵ８によって、リソース１２に送られる。スキャン結果は、表示回路７にセットされ、表示器３ｂの、対応する表示素子（例えば発光ダイオード）が点灯される。

リソース１２では、ＣＰＵ８によって送られてきた各種データや、アサインメントメモリ１１にセットされた楽音情報に応じた楽音信号が生成され、サウンドシステム１３へ送られて、楽音が生成発音される。アサインメントメモリ１１に設定されるリソース１２毎の記憶領域には楽音情報が記憶される。

複数の音色系列毎に最低保証される数の楽音を同時発音可能にするため、音色系列毎に予定数のリソース１２を割り当てている。予定数つまり最低保証同時発音数の例を図３に示す。図３において、上鍵盤（Upper）２ａおよび下鍵盤(Lower）２ｂに、特定の音色（Special)、ティビア(Tibia）、およびオーケストラ（Orchestra)音色をそれぞれ設定し、ペダル鍵盤(pedal)２ｃには、ティビア、およびオーケストラ音色を設定される。各鍵盤毎の音色系列は予め固定的に設定してあってもよいし、演奏に先立って操作スイッチ３ａに設けられる音色系列設定スイッチを操作して設定するのであってもよい。

上鍵盤２ａおよび下鍵盤２ｂの各音色系列には、最低同時発音数が１２音ずつ割り当てられ、ペダル鍵盤２ｃの音色系列には最低保証同時発音数が２音ずつ割り当てられる。

このように各鍵盤毎に割り当てられる最低同時発音数を保証するためには４０個のリソース１２を設ける。さらに自動演奏（Auto-Play）に対応する音色系列にオーケストラ音色を２４音割り当て、合計６４音を同時発音できるように、同数のリソース１２を設ける。

図１は、上記電子楽器１におけるリソース１２の開放制御のための処理機能を示すブロック図である。同図において、離鍵検出部１８は、鍵盤２の各鍵に設けられたキーセンサを走査して離鍵された鍵を検出する。なお、本発明の電子楽音発生装置を鍵盤付きの電子楽器以外の装置で実現する場合は、離鍵に限らず、離鍵に替わる操作や情報つまり発音終了指示を検出する手段を離鍵検出部１８に代えて備える。パラメータ記憶部１９には、音色系列毎の発音パラメータつまり振幅エンベロープを構成する値が予め格納される。音色系列記憶部２０には、上鍵盤２ａ、下鍵盤２ｂ、およびペダル鍵盤２ｃのそれぞれに設定された音色系列が記憶されている。鍵盤毎の音色系列の例は図３に関して示した。

離鍵検出部１８は、離鍵を検出すると、その鍵を特定する鍵コードに従って音色系列記憶部２０を走査し、離鍵鍵が含まれる鍵盤の音色系列を検出する。検出された音色系列は、パラメータ記憶部１９に入力され、パラメータ記憶部１９は、この音色系列に対応する発音パラメータを離鍵パラメータ抽出部２１に入力する。

離鍵パラメータ抽出部２１は、発音パラメータから離鍵パラメータつまり振幅エンベロープの減衰部分のパラメータを抽出する。このパラメータには減衰速度ＲＳＰＤつまり単位時間毎（割り込み時間に相当する時間毎）の振幅変化量が含まれる。

パラメータ演算部２２は、所定周期の割り込み信号に応答してその時点の振幅に対応する第１の値から減衰速度に対応する値（以下、「減衰速度ＲＳＰＤ」と呼ぶ）を減算する。この演算は、振幅が減衰開始から予定割合（例えば、９０％）減衰する毎に開始される。例えば、エンベロープ制御部（後述）を、振幅が９０％減衰する毎に到達フラグを立てるように設定する。つまり減衰開始から減衰が９０％進むと第１の到達フラグを立て、その時点の振幅からさらに９０％減衰が進むと第２の到達フラグを立てる。こうして順次９０％ずつ減衰が進む毎にフラグが立つようにエンベロープ制御部を設定する。そうしておいて、フラグが立つ毎にその時点の振幅から減衰速度ＲＳＰＤを減算する。この減算結果はそのつどリソース開放部２３に入力される。

上記減算は、振幅が減衰開始から予定割合減衰する毎に行うのに限らず、減衰開始直後から一定の割り込み周期に従って行ってもよい。また、割り込みに限らず、例えば、メインルーチン処理が一巡する毎に行うようにしてもよい。

リソース開放部２３は、前記パラメータ演算部２２で減算された振幅値が第２の値（ゼロ）以下になったときに音色系列に適合した減衰が十分に行われたと判断してリソース１２を開放する。例えば、アサインメントメモリ１１に各リソース１２の使用状況を示すステータスを「空き」に書き替える。

なお、アサインメントメモリ１１のステータスを「空き」に書き替えた後、次の発音を割り当てる際にはそのリソース１２の発音は高速でエンベロープを減衰させて消音させる。一方、次の発音が割り当てられない場合は、減衰中のリソース１２は停止させず、そのままの減衰エンベロープで発音を続行することができる。但し、割り当てが解除されたリソース１２の発音は、音量が十分に小さいのでビブラートやリダンパ等の処理はしない。

図４は、減衰部分のエンベロープの一例を示す図である。同図において、前記パラメータ演算部２２の演算タイミングを説明する。図４の横軸は減衰時間、縦軸は振幅である。まず、減衰開始時ｔ０におけるエンベロープＥＶの振幅Ａは時間Ｔ１経過した時ｔ１に９０％減衰している。つまり振幅Ｂは振幅Ａの１０％になっている。また、９０％減衰したエンベロープＥＶの振幅Ｂは減衰から時間Ｔ２が経過した時ｔ２にさらに９０％に減衰して振幅Ｃになっている。それぞれの時ｔ１およびｔ２でその時の振幅Ａ，Ｂから減衰速度を減算する。減衰速度が振幅Ｂより大きい音色のエンベロープＥＶでは、時ｔ１で減衰速度を減算した結果は負の値になるので、リソースは開放される。一方、減衰速度が振幅Ｂより小さい場合は振幅Ｂから小さい減衰速度を減算しても結果は負にならないので、次の演算タイミングｔ２まで、リソース１２を開放するかどうかの判断が遅らされる。

一方、減衰速度が振幅Ｃより小さい音色系列のエンベロープ（例えば、符号ＥＶ２で示す）では、振幅が「Ｃ」になったときでも、減衰速度が小さいので、減算結果は負にならず、さらに次の判断時までリソース１２を確保しておくことができ、発音を長く維持することができる。このように、同一の判断基準で判断しながらも、長く伸びる音と、短時間で消える音とでは、リソース１２が開放される時期を異ならせることができる。

続いて、フローチャートを参照して、割り当て制御部１９を含む電子楽器１の動作を説明する。図５は、電子楽器１のメインルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１では、各種レジスタ、カウンタ、フラグなどの初期化を行う。ステップＳ２では、鍵盤２の操作（鍵盤イベント）や操作パネル３の操作（パネルイベント）等、イベントの有無を判別するイベント検出処理を行う。なお、鍵盤イベントは、鍵盤２を用いた押鍵・離鍵イベントに限らず、例えば、ＭＩＤＩ楽音情報に含まれて入力される鍵盤楽器以外の楽器音の発音・消音指示や、自動演奏データに含まれる鍵盤楽器以外の楽器の発音・消音指示も総称する。したがって、例えば、打楽器の打撃イベントも、押鍵イベントに含めて説明する。パネルイベントの有無は、操作パネル３の操作スイッチ３ａの操作に基づいて判別される。鍵盤イベントの有無判別は、鍵盤３の各鍵毎に設けられるキーセンサの出力監視動作によって行われ、各鍵毎に押鍵・離鍵の有無、ならびにベロシティが検出される。

ステップＳ３では、検出されたイベントに対応する処理が実行される。ステップＳ４では恒常処理が行われる。恒常処理はイベントの有無にかかわらず行われる処理であり、楽音信号に対するビブラートの付与やエンベロープのフェーズを進行させる処理、離鍵パラメータ演算等が含まれる。

図６は、イベント処理のフローチャートである。ステップＳ１０では、検出されたイベントが押鍵イベントか否かが判断される。押鍵イベントでなければステップＳ１１に進み、検出されたイベントが離鍵イベントか、つまり発音終了指示か否かが判断される。イベントが押鍵でも離鍵でもなければ、ステップＳ１２に進んでその他の処理を行う。その他の処理には、音色変更やテンポの変更などが含まれる。

ステップＳ１０で、イベントが押鍵と判断されれば、ステップＳ１３に進んでリソース１３の割り当てを行う。リソース１３が割り当てられればステップＳ１４に進んでその割り当てられたリソース１３に楽音情報をセットして発音処理を行う。

ステップＳ１１でイベントが離鍵と判断されれば、ステップＳ１５に進んで離鍵すべきキーに対応する発音中のリソース１３を検索するためアサインメントメモリ１１を走査する。離鍵イベントに係るリソース１３が検索されたならば、ステップＳ１６に進んで消音処理を行う。

図７は、図６の恒常処理におけるリソース１２の開放判断処理つまり離鍵パラメータ演算を含む処理のフローチャートである。ステップＳ２０では、リソースを特定する値ＲＳＣをゼロにリセットする。値ＲＳＣに対応するリソース番号のリソース１２に関する開放判断が行われる。ステップＳ２１では、値ＲＳＣに対応するリソース１２で発音中（使用中）の音を対象に発音終了指示が入力されたか、つまり離鍵が指示されたか否かが判断される。離鍵の指示があれば、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、エンベロープの振幅値が予め設定された割合（例えば９０％）まで減衰したかどうかを判断する。これはリソースの到達フラグが立っているかどうかによって行われる。フラグの初期値（未到達時の値）は「０」である。

エンベロープの振幅が９０％に減衰したと判断されたならば、ステップＳ２３に進んで振幅の現在値を示すカウンタ値ＣＴＲ［ＲＳＣ］から減衰速度ＲＳＰＤを減算する。ステップＳ２４では、振幅の現在値ＣＴＲ［ＲＳＣ］がステップＳ２３の減算結果でゼロ以下（負の値）になったか否かが判別される。前記減算結果が負の値になったとときは振幅が十分に目標値に到達したと判断して、ステップＳ２５に進んで値ＲＳＣで表されるリソース１２を開放する。

ステップＳ２６では、次回にステップＳ２２で同じフラグ判断をしないようにフラグを「０」にリセットしておく。

ステップＳ２７では値ＲＳＣで表されるリソース１２に関するその他の処理を行った後、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、値ＲＳＣに「１」を加算して処理対象リソースを変更する。ステップＳ２９では、値ＲＳＣが最大値かどうかを判断する。６４個のリソース１２を備えている場合は最大値は「６３」である。値ＲＳＣが最大値であれば、すべてのリソース１２に関するこのフローチャートの処理を抜けてメインルーチンに戻る。

このように本実施形態によれば、エンベロープの振幅が予め設定した値に到達したならば、その後は、音色系列毎に異なる減衰速度に基づいて十分に減衰が進んだかどうかを判断できる。したがって、減衰時間の長い特徴を有する音色系列の音は、より減衰率が低減するまで発音を維持できるし、減衰時間が短い特徴を有する音色系列の音は長時間発音を維持することなくリソースを開放できる、その結果、音色系列に応じた減衰を行うことができるし、必要以上に長くリソースを使用することを回避して、数が限定されたリソースを効率的に使用することができる。

また、パラメータ演算部２２でのパラメータ演算は、減算に限らず、減衰開始時に設定した初期値に減衰速度を加算するようにし、リソース開放部２３では、その加算結果が予め設定した値を超えたときに十分に減衰されたとしてリソース１２を開放してもよい。また、所定値に減算したり加算したりする減衰値として減衰速度をそのまま使うのに限らず、減衰速度を代表する値つまり減衰速度の関数であってもよい。要は、減衰がある程度進んだ時点で、音色系列を特徴づける減衰速度を考慮して、減衰が適当な値まで進んだかどうかを判断できればよい。 また、減衰が９０％まで進んだ回数を計数しておき、その計数値が、音色系列毎に予め設定される回数に至ったときにパラメータ演算部２２の演算を終了してリソースを開放するようにしてもよい。例えば、長く発音を維持する音色系列に対しては多くの回数分演算して、できるだけゼロに収斂するまで演算を繰り返す一方、短く発音を維持する音色系列では少ない回数で演算を終了して早くリソースを開放できるようにする。

上述のように動作するリソースの構造を説明する。図８は、１系列分のリソース１２の構造を示すブロック図である。リソース１２は、波形発生器２５、デジタルフィルタ２６、デジタル増幅器２７、およびエンベロープ付与器２８を備える。エンベロープ付与器２８は、周波数エンベロープ付与部２９、カットオフエンベロープ付与部３０、および振幅エンベロープ付与部３１を出力する。

波形発生器２５は、各リソース１２で共有される波形メモリ３２から波形データを読み出す。この波形データは周波数エンベロープ付与部２９から入力されるエンベロープで変調されて音高に応じたピッチが決定される。ピッチが決定された波形データにはデジタルフィルタ２６に入力されて、カットオフエンベロープ付与部３０によって、音色に応じたフィルタリングが行われる。そして、音色に応じてフィルタリングされた波形データにはデジタル増幅器２７によって振幅エンベロープ付与部（エンベロープ制御部）３１から入力される振幅エンベロープが付与されて音量が決定される。

リソース１２の出力側にはデジタルミキサ３３が接続され、各リソース１２の出力波形データが混合されて、サウンドシステム１３のＤ／Ａ変換器１４に入力される。

振幅エンベロープ制御部３１に設定される到達フラグの状態はＣＰＵ８で読み取られて上記ステップＳ２２の判断に使用される。また、ステップＳ２６のリセット動作で振幅エンベロープ制御部３１の到達フラグは「０」にリセットされる。

以上、本発明を最良の実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は電子楽器に限らず、入力された楽音情報に基づいて電子楽音を発生する装置に広く適用することができる。

本発明の一実施形態に係る電子楽器の要部機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子楽器のハード構成を示すブロック図である。 音色系列毎の最低保証同時発音数に例を示す図である。 減衰部分のエンベロープの一例を示す図である。 電子楽器のメインフローチャートである。 イベント処理のフローチャートである。 リソースの開放判断処理に係るフローチャートである。 リソースの構造を示すブロック図である。

符号の説明

１…電子楽器、 ２…鍵盤、 １１…アサインメントメモリ、 １２…リソース、 １８…離鍵検出部、 ２０…音色系列記憶部、 ２１…離鍵パラメータ抽出部、 ２２…パラメータ演算部

Claims (2)

1. 複数の発音リソースを備え、かつ複数の音色系列で発音が可能である電子楽音発生装置において、
   入力された発音終了指示を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した発音終了指示に対応する発音リソースを検索する検索手段と、
   前記検索手段が検索した発音リソースに離鍵パラメータを送出する送出手段と、
   前記送出手段による離鍵パラメータの送出に応答して消音途中である発音リソースを発音割り当て可能にする時期を、前記離鍵パラメータに応じて決定する演算手段とを備えたことを特徴とする電子楽音発生装置。
2. 前記演算手段が、前記離鍵パラメータのうち、振幅エンベロープの減衰速度に関する値に基づき、減衰速度が大きい発音リソースほど前記発音リソースを発音割り当て可能にする時期を早めるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電子楽音発生装置。

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