JP5549691B2 - Filter device and electronic musical instrument - Google Patents
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Description
本発明は、フィルタ装置および当該フィルタ装置を搭載した電子楽器に関する。 The present invention relates to a filter device and an electronic musical instrument equipped with the filter device.
従来から、電子楽器では演奏の強弱、および、時間経過に応じて、楽音の音色を変化させるためにディジタルフィルタを搭載している。ディジタルフィルタを使用することで、原波形、たとえば、PCM波形の所望の周波数成分の遮断や増強により音色を変化させる。従来のディジタルフィルタでは、カットオフ周波数fcおよびバンド幅Qなどのパラメータを制御することで音色変化を実現するのが一般的である。このような制御は、アナログシンセサイザにおいてアナログフィルターを制御した頃から継承されている。 Conventionally, an electronic musical instrument is equipped with a digital filter in order to change the tone of a musical tone according to the strength of performance and the passage of time. By using the digital filter, the timbre is changed by blocking or enhancing a desired frequency component of the original waveform, for example, the PCM waveform. In a conventional digital filter, a timbre change is generally realized by controlling parameters such as a cutoff frequency fc and a bandwidth Q. Such control has been inherited since the analog filter was controlled in the analog synthesizer.
たとえば、自然楽器の音色変化は、基音に対する倍音の振幅比率が変化することによって生ずる。特に、演奏の強弱による音色変化において、強く演奏する(たとえばピアノでは強く打鍵する)ほど高次倍音の振幅比率が大きくなる。その一方、弱く演奏する(ピアノでは弱く打鍵する)ほど高次倍音の振幅比率は小さくなる。 For example, a timbre change of a natural musical instrument is caused by a change in the amplitude ratio of the harmonic overtone. In particular, in the timbre change due to the strength of performance, the amplitude ratio of the higher harmonics increases as the performance is stronger (for example, the key is strongly pressed on a piano). On the other hand, the amplitude ratio of the higher harmonics decreases as the performance is weaker (the key is weaker on the piano).
図16(a)、(b)は、アコースティックピアノの波形を示すグラフであり、図16(a)は、フォルテシモで打鍵したときの波形、図16(b)はメゾピアノで打鍵したときの波形である。図17(a)、(b)は、図16(a)、(b)のそれぞれの波形から算出されたスペクトルを示すグラフである。図17(a)、(b)において、横軸(周波数軸)はリニアであり、縦軸はdBである。これらは、図16(a)、(b)に示す波形の発音開始近傍から4096サンプルを、ブラックマン(Blackmann)の窓関数で切り取ったものに基づいて算出されている。 16 (a) and 16 (b) are graphs showing the waveform of an acoustic piano. FIG. 16 (a) is a waveform when a key is played with fortissimo, and FIG. 16 (b) is a waveform when a key is played with a meso piano. is there. FIGS. 17A and 17B are graphs showing spectra calculated from the waveforms of FIGS. 16A and 16B. In FIGS. 17A and 17B, the horizontal axis (frequency axis) is linear, and the vertical axis is dB. These are calculated based on the 4096 samples from the vicinity of the start of sound generation of the waveforms shown in FIGS. 16A and 16B, which are cut out by the Blackmann window function.
図18は、図17(a)、(b)に示すスペクトルから抽出したスペクトラム・エンベロープを示す図である。図18に示すように、スペクトラム・エンベロープは、基本波から高調波に向かってほぼ一定の傾きをもち、かつ、その傾きが、演奏の強さにより一様に変化することがわかる。図18の例では、演奏の強さが強くなるのにしたがって、傾きが大きくなる(つまり0に近づく)。したがって、電子楽器においてフィルタ回路によって、音色を変化させる場合にも、フィルタ回路が、図18に示すようなスペクトラム・エンベロープを持つようなフィルタ特性を持っているのが望ましい。 FIG. 18 is a diagram showing a spectrum envelope extracted from the spectra shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b). As shown in FIG. 18, it can be seen that the spectrum envelope has a substantially constant slope from the fundamental wave to the harmonic, and the slope varies uniformly with the strength of the performance. In the example of FIG. 18, the gradient increases (that is, approaches 0) as the performance strength increases. Therefore, even when the timbre is changed by the filter circuit in the electronic musical instrument, it is desirable that the filter circuit has a filter characteristic having a spectrum envelope as shown in FIG.
従来のフィルタの伝達関数を(1)式に示す。 The transfer function of the conventional filter is shown in equation (1).
なお、ω0=2πfc/fs (0<ω0<1)
ここに、fcはカットオフ周波数、fsはサンプリング周波数、ω0はカットオフ角周波数、Qは選択度を表す。
Ω 0 = 2πfc / fs (0 <ω 0 <1)
Here, fc is the cutoff frequency, fs is the sampling frequency, ω 0 is the cutoff angular frequency, and Q is the selectivity.
従来のフィルタ回路においては、フィルタ特性をω0(或いはfc)とQとによって変化させるため、フィルタ回路は、パラメータとしてω0(或いはfc)およびQを受け入れ、これに基づいて、その特性を変化させるように構成されている。 In the conventional filter circuit, since the filter characteristic is changed by ω 0 (or fc) and Q, the filter circuit accepts ω 0 (or fc) and Q as parameters, and changes the characteristic based on this. It is configured to let you.
図19は、(1)式に示す特性をもつ二次IIRフィルタにおいて、パラメータとしてfcを変更したときのフィルタ特性を示すグラフである。図19においても、横軸(周波数軸)はリニア(0〜10kHz)であり、縦軸はdBである。図19に示すように、fcを変更しても、変更されたフィルタ特性は、図17(a)、(b)、図18に示すような特性とは程遠く、したがって、カットオフ周波数を制御してピアノ音色の変化と同等の変化を実現することが非常に難しいという問題点があった。 FIG. 19 is a graph showing the filter characteristics when fc is changed as a parameter in the secondary IIR filter having the characteristics shown in the equation (1). Also in FIG. 19, the horizontal axis (frequency axis) is linear (0 to 10 kHz), and the vertical axis is dB. As shown in FIG. 19, even if fc is changed, the changed filter characteristics are far from the characteristics shown in FIGS. 17 (a), (b) and FIG. 18, and therefore the cutoff frequency is controlled. Therefore, there is a problem that it is very difficult to realize a change equivalent to a change in piano tone.
また、現在、電子楽器においては、PCM方式を採用しているものが多い。このPCM方式においては、楽音の発生時(アタック時)のアタック時波形と、それ以降の繰り返し用の波形の波形データを波形メモリに記憶しておき、アタック時以降には、繰り返し用の波形の波形データを繰り返して読み出すことで、波形メモリの容量を小さくしている。しかしながら、同じ波形を繰り返すだけでは、音色が固定され単調となるため、フィルタ回路によって音色を時間経過にともなって変化させている。特に、アコースティックピアノは、時間経過にともなって高次倍音ほど速く減衰する。このような変化を従来のフィルタ回路において実現することは不可能であった。 Currently, many electronic musical instruments adopt the PCM method. In this PCM method, the waveform at the time of the occurrence of a musical sound (at the time of attack) and the waveform data of the waveform for repetition thereafter are stored in the waveform memory, and after the time of attack, the waveform of the waveform for repetition is stored. By repeatedly reading the waveform data, the capacity of the waveform memory is reduced. However, since the timbre is fixed and monotonous only by repeating the same waveform, the timbre is changed over time by the filter circuit. In particular, an acoustic piano attenuates faster with higher harmonics over time. Such a change cannot be realized in a conventional filter circuit.
たとえば、特許文献1には、カットオフ周波数fcではなく、伝達特性が変化し始める特定の周波数f0とその変化率をパラメータとするフィルタが提案されている。しかしながら、特許文献1に開示されたフィルタを用いても、特に、ピアノ音色の変化と同等の変化を実現することは困難であった。特に、所定の周波数における減衰或いは増強の最大レベルから所定の比率となる周波数(以下、本明細書においては、「遷移周波数」と称する)が、パラメータの変化により移動するという問題点があった。
For example,
さらに、電子楽器では、ピアノなどの自然楽器音の生成だけではなく、いわゆるシンセサイザならでは、自然楽器では出せないような音色を生成する必要もある。したがって、電子楽器のディジタルフィルタが自然楽器音の音色変化に適した周波数特性だけを備えるのでは、様々な音楽ジャンルに対応することができないという問題点があった。 Furthermore, in an electronic musical instrument, it is necessary to generate not only a natural instrument sound such as a piano, but also a tone color that cannot be produced by a natural instrument with a so-called synthesizer. Therefore, if the digital filter of the electronic musical instrument has only the frequency characteristics suitable for the timbre change of the natural musical instrument sound, there is a problem that it cannot cope with various music genres.
本発明は、自然楽器の音色変化と同等の音色変化を実現できるだけではなく、いわゆるシンセサイザならではの音色変化も実現可能なフィルタ装置および電子楽器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a filter device and an electronic musical instrument that can realize not only a timbre change equivalent to a timbre change of a natural musical instrument but also a timbre change unique to a so-called synthesizer.
本発明の目的は、フィルタ係数b及びcを出力するフィルタ係数出力手段と、外部より供給される、所定の周波数を有する楽音信号に対して、前記フィルタ係数出力手段より出力されたフィルタ係数b及びcで規定されるフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施すために、下記の伝達関数H(z)を有するフィルタ手段と、を備えたフィルタ装置であって、
前記フィルタ係数出力手段が、
サンプリング周波数fsの1/2での最大ゲインをAとすると、当該最大ゲインの1/2のゲインとなる周波数をf0とした場合、前記フィルタ係数b及びcを、
の演算により算出して前記フィルタ手段に出力することを特徴とするフィルタ装置により達成される。
An object of the present invention is to provide filter coefficient output means for outputting filter coefficients b and c , filter coefficients b output from the filter coefficient output means for a musical sound signal having a predetermined frequency supplied from the outside, and a filter device having a transfer function H (z) below in order to perform a filtering process based on a filter characteristic defined by c ,
The filter coefficient output means comprises:
Assuming that the maximum gain at 1/2 of the sampling frequency fs is A, when the frequency that is 1/2 of the maximum gain is f0, the filter coefficients b and c are
This is achieved by a filter device that calculates and outputs to the filter means .
好ましい実施態様において、前記供給される楽音信号の周波数及び強度に対応して最大ゲインA及び周波数f0を決定することを特徴とする。 In a preferred embodiment, the maximum gain A and the frequency f0 are determined corresponding to the frequency and intensity of the supplied musical sound signal.
別の好ましい実施態様においては、前記フィルタ係数出力手段はさらに、前記最大ゲインAを、時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有する。 In another preferred embodiment, the filter coefficient output means further includes an envelope generating means for changing the maximum gain A with time.
さらに、本発明の目的は、外部操作により発音すべき楽音の周波数及び強度を指示する発音指示手段と、
前記周波数に基づき第1のパラメータを生成するとともに、前記強度に基づき第2のパラメータを算出する制御手段と、
前記制御手段により算出された第1及び第2のパラメータに基づいて決定される周波数及びレベルに対応するフィルタ係数の組をパラメータテーブルから取り出すフィルタ係数生成手段と、
供給される楽音信号に対して、このフィルタ係数生成手段からのフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタリング処理を施して出力するフィルタ手段と、
を備えた電子楽器において、
前記フィルタ手段は、フィルタ係数をb及びcとした場合、伝達関数H(z)が
であり、
かつ前記フィルタ係数生成手段は、前記第2のパラメータをサンプリング周波数fsの1/2での最大ゲインをAとし、当該最大ゲインの1/2のゲインとなる周波数f0を前記第1のパラメータとした場合に、前記フィルタ係数b及びcを、
の演算により算出して前記フィルタ手段に出力することを特徴とする電子楽器により達成される。
Furthermore, an object of the present invention is to provide sound generation instruction means for instructing the frequency and intensity of a musical sound to be generated by an external operation,
Control means for generating a first parameter based on the frequency and calculating a second parameter based on the intensity;
Filter coefficient generation means for extracting from the parameter table a set of filter coefficients corresponding to the frequency and level determined based on the first and second parameters calculated by the control means;
Filter means for performing a filtering process based on a filter characteristic defined by a set of filter coefficients from the filter coefficient generation means and outputting the musical sound signal supplied ;
In an electronic musical instrument with
The filter means has a transfer function H (z) where the filter coefficients are b and c.
And
The filter coefficient generation means uses the second parameter as the maximum gain at 1/2 of the sampling frequency fs as A, and the frequency f0 at which the gain as 1/2 as the maximum gain as the first parameter. The filter coefficients b and c are
This is achieved by an electronic musical instrument characterized in that it is calculated by the above calculation and output to the filter means.
好ましい実施態様においては前記フィルタ係数生成手段はさらに、前記最大ゲインAを時間の経過に伴って変化させるエンベロープ発生手段を有する。 In a preferred embodiment, the filter coefficient generating means further includes an envelope generating means for changing the maximum gain A over time.
本発明によれば、自然楽器の音色変化と同等の音色変化を実現できるだけではなく、いわゆるシンセサイザならではの音色変化も実現可能なフィルタ装置および電子楽器を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a filter device and an electronic musical instrument that can realize not only a timbre change equivalent to a timbre change of a natural musical instrument but also a timbre change unique to a so-called synthesizer.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかる電子楽器の概略を示すブロックダイヤグラムである。図1に示すように、電子楽器は、マイクロコンピュータ1、ROM(Read Only Memory)2、RAM(Random Access Memory)3、スイッチ類4、タッチ検出回路5、鍵盤6、楽音発生回路7、波形ROM8、D/A変換器(DAC)9、増幅回路10およびスピーカ11、12を備えている。マイクロコンピュータ1、ROM2、RAM3および楽音発生回路7は、データバス13に接続され、タッチ検出回路5はマイクロコンピュータ1に接続される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an electronic musical instrument according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the electronic musical instrument includes a
マイクロコンピュータ1は、電子楽器全体を制御し、プログラムやデータを格納したROM2から、プログラムやデータを読み出して、プログラムを実行する。プログラムの実行にて生成されるデータなどはワークエリアであるRAM3に記憶される。スイッチ類4は、電子楽器のコンソールパネル上に配置されている。マイクロコンピュータ1は、演奏者によるスイッチ類4の操作を検出する。タッチ検出回路5は、所定のタイミングで鍵盤6に対して走査信号を送出し、各鍵盤6の鍵に配置された2つのスイッチのオンに応答して、演奏操作データ(音高およびタッチレスポンスデータ)を生成して、マイクロコンピュータ1に出力する。本実施の形態において、鍵盤6は88個の鍵を有し、各鍵には、その長手方向に2つのスイッチが配置され、鍵の押下によってまず第1のスイッチがオンされ、さらに、鍵が押下されることにより第2のスイッチがオンされるようになっている。
The
マイクロコンピュータ1は、スイッチ類4の操作により指定された音色と、および、タッチ検出回路5から出力されたタッチレスポンスデータおよび音高を含む演奏操作データとに基づき、楽音発生回路7を制御して、所定の楽音を発生させる。楽音発生回路7は、波形ROM8から指定された音色の波形データを読み出して、演奏操作データにしたがった音高および音量(ベロシティ)の楽音を生成してDAC9に出力する。DAC9は、楽音発生回路7から出力されたディジタルデータをアナログ信号に変換する。アナログ信号は増幅回路10を介してスピーカ11、12から放音される。
The
図2は、本実施の形態にかかる楽音発生回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図2に示すように、楽音発生回路7は、インタフェース20、波形発生回路21、フィルタ回路22、乗算回路23、ミキサ24、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26、第2のエンベロープ発生回路27を有している。インタフェース20、波形発生回路21、フィルタ回路22、ミキサ24、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26および第2のエンベロープ発生回路27は、内部バス28に接続される。
FIG. 2 is a block diagram showing the musical tone generating circuit according to the present embodiment in more detail. As shown in FIG. 2, the
インタフェース20は、図1に示すデータバス13と接続され、楽音発生回路7内の、波形発生回路21、フィルタ回路22などの各演算ユニットに、内部バス28を介して設定データなどを書き込む。波形発生回路21は、波形ROM8と接続され、波形ROM8の所定のアドレスから、PCMデータを読み出して、演奏操作データ中の音高に対応する周波数の楽音波形データを生成する。
The
フィルタ係数回路26は、インタフェース20を介してマイクロコンピュータ1から与えられた演奏操作信号に基づくパラメータと、第1のエンベロープ発生回路25から出力され、時間変化する第1のエンベロープ信号とにしたがってフィルタ係数を算出する。第1のエンベロープ信号により、その周波数特性に変化が与えられ、フィルタ係数は時間の経過とともに変化する。フィルタ回路22は、フィルタ係数にしたがって、楽音波形データにフィルタ処理を施す。
The
乗算器23は、楽音波形データと、第2のエンベロープ発生回路27から出力される、時間変化する第2のエンベロープ信号とを乗算する。これにより、鍵盤6の鍵のオン・オフにしたがった楽音の立ち上がり、立下りや、タッチレスポンスデータにしたがった音量を制御する。なお、波形発生回路21、フィルタ回路22、第1のエンベロープ発生回路25、フィルタ係数算出回路26、乗算器23および第2のエンベロープ発生回路27は、最大同時発音数の処理を時分割に行うことによって、鍵盤演奏に十分なチャンネル数の楽音を生成することができる。ミキサ24は、生成された最大同時発音数のチャンネルの楽音を、それぞれ、所定の重みで累算して、最終的に、左右2つのチャンネルの楽音として配分する。ミキサ24の出力は、DAC9に出力される。
The
以下、本実施の形態にかかるフィルタ回路22およびフィルタ係数算出回路26の概略について説明する。本実施の形態においては、主として自然楽器の音色変化に適したフィルタ特性に対応するアコースティック楽器用フィルタ特性、および、主としていわゆるシンセサイザの音色変化に適したフィルタ特性に対応するシンセサイザ用フィルタ特性の双方のフィルタ特性を備えることができる。
The outline of the
以下、アコースティック楽器用フィルタ特性について説明する。図3は、演奏強弱によるアコースティックピアノの音色フィルタを実現するための理想的なフィルタ特性を説明する図である。図3において縦軸はゲイン、横軸はリニアな周波数を表す。 The acoustic instrument filter characteristics will be described below. FIG. 3 is a diagram for explaining ideal filter characteristics for realizing a timbre filter of an acoustic piano depending on performance strength. In FIG. 3, the vertical axis represents gain, and the horizontal axis represents linear frequency.
図3に示すように、理想的なフィルタ特性においては、図17に示すアコースティックピアノのスペクトラム・エンベロープから類推されるもので、基本波に対する倍音成分が、基本波に基づく一定のポイントからほぼリニアに減衰していくようなものとなっている。また、その傾きは、音量が小さい場合には小さく(つまり右下がりの度合いが大きく:傾きが小さく)、音量が大きくなるにしたがって大きくなる(つまり右下がりの度合いが小さくなり、より水平に近くなる:傾きが大きくなる)。 As shown in FIG. 3, the ideal filter characteristics are inferred from the spectrum envelope of the acoustic piano shown in FIG. 17, and the harmonic component of the fundamental wave is almost linear from a certain point based on the fundamental wave. It is like decaying. In addition, the inclination is small when the volume is small (that is, the degree of right-down is large: the inclination is small), and increases as the volume increases (that is, the degree of right-down is small and becomes more horizontal). : Increasing the inclination).
以下、基本波に基づいてリニアに減衰し或いは増強を始めるポイント(周波数)を基準周波数、サンプリング周波数fsの1/2の周波数における減衰量(dB)をゲイン、ゲインに対して所定の比率となるような周波数(本実施の形態においては、fs/2における減衰量の1/2となるような周波数)を遷移周波数と称する。また、基準周波数からのリニアに減衰し或いは増強する度合いを傾きと称する。傾きは、周波数軸をx軸、減衰量をy軸とする。したがって、負の減衰量が大きくなるほど、周波数特性における傾きは小さくなり、負の減衰量が0に近づくほど、その傾きは大きくなり0に近づく。正の現推量が大きくなるほど、周波数特性における傾きは大きくなる。 Hereinafter, a point (frequency) at which linear attenuation or enhancement starts based on the fundamental wave is set as a reference frequency, an attenuation (dB) at a frequency half of the sampling frequency fs is set as a predetermined ratio with respect to gain and gain. Such a frequency (in this embodiment, a frequency that is ½ of the attenuation at fs / 2) is referred to as a transition frequency. The degree of linear attenuation or enhancement from the reference frequency is referred to as inclination. For the slope, the frequency axis is the x-axis and the attenuation is the y-axis. Therefore, the larger the negative attenuation amount, the smaller the slope in the frequency characteristic. The closer the negative attenuation amount is to 0, the larger the slope becomes and approaches 0. The greater the positive current guess, the greater the slope in the frequency characteristic.
また、本実施の形態において、基本波が変化することにより基準周波数は変化する。また、基準周波数の変化に伴って遷移周波数も一定の規則で変化する。 In the present embodiment, the reference frequency changes as the fundamental wave changes. In addition, the transition frequency changes according to a certain rule as the reference frequency changes.
本実施の形態においては、後述するように、フィルタ回路は、基本波に基づいて変化する遷移周波数と、フィルタの深さを示すゲインとによって制御される。これによって、アコースティックピアノの実際の音色変化とほぼ同様な、基本波に対する高調波成分の制御を実現する。 In this embodiment, as will be described later, the filter circuit is controlled by a transition frequency that changes based on the fundamental wave and a gain that indicates the depth of the filter. This realizes control of harmonic components with respect to the fundamental wave, which is almost the same as the actual timbre change of an acoustic piano.
なお、本実施の形態においては、高調波成分を減衰させるだけでなく、増強する場合も考えている。これは、波形ROM8のPCMデータからの音色をより広範囲に変化させるためである。このような特性を実現するには、FIR(Finite Impulse Response:有限インパルス応答)フィルタが適する。しかしながら、FIRフィルタは演算量が多く、大規模なハードウェアを要する。そこで、本実施の形態においては、図3に示す理想のフィルタ特性に近似した特性を、低次のIIR(Infinite Impulse Resonance:無限インパルス応答)フィルタで実現し、フィルタ係数を、理想のフィルタ特性とほぼ同等となるように制御している。
In the present embodiment, it is considered that not only the harmonic components are attenuated but also enhanced. This is to change the timbre from the PCM data of the
上述したようなフィルタ特性を有するフィルタを得るためには、様々な方法が考えられるが、演算量を最小限にするために、一次IIRフィルタでの近似を試み、それを拡張することにより、理想に近い周波数特定を得た。まず、一次IIRフィルタの伝達関数を(2)式と考える。 In order to obtain a filter having the above filter characteristics, various methods are conceivable. In order to minimize the amount of calculation, an approximation with a first-order IIR filter is attempted, and the ideal is obtained by extending the approximation. A frequency specification close to is obtained. First, the transfer function of the first-order IIR filter is considered as equation (2).
(2)式において、最大ゲイン(つまり、サンプリング周波数fsの1/2の周波数での最大ゲインをA)とすると、Aは、(3)式のように表すことができる。
In equation (2), if the maximum gain (that is, the maximum gain at a frequency that is ½ of the sampling frequency fs) is A, A can be expressed as equation (3).
また、遷移周波数f0のときに、最大ゲインの1/2のゲインとなるとすると、(4)式が導き出される。
If the gain is ½ of the maximum gain at the transition frequency f0, the equation (4) is derived.
上記(3)式および(4)式を解くと、係数b、cは(5)式および(6)式に示すようになる。
When the above equations (3) and (4) are solved, the coefficients b and c are as shown in equations (5) and (6).
したがって、(2)式に示す一次IIRフィルタの係数b、cは、最大ゲインAおよび遷移周波数f0とから、(5)式および(6)式に示すように求めることができる。なお、上記(5)式からフィルタ係数には2通りのセットが存在するが、その係数範囲から制御しやすい方を選択すればよい。
Therefore, the coefficients b and c of the first-order IIR filter shown in the equation (2) can be obtained from the maximum gain A and the transition frequency f0 as shown in the equations (5) and (6). Although there are two sets of filter coefficients from the above equation (5), it is only necessary to select one that is easier to control from the coefficient range.
一次IIRフィルタは、その減衰特性が穏やか過ぎる。そこで、本実施の形態においては、遷移周波数の異なる2つの一次フィルタIIRを直列に接続し、二次IIRフィルタとすることにより、より理想フィルタに近似したフィルタ特性を得ている。(7)式は、一次IIRフィルタを直列に接続した二次IIRフィルタの伝達関数を示す図である。 The first-order IIR filter has too slow attenuation characteristics. Therefore, in the present embodiment, two primary filters IIR having different transition frequencies are connected in series to form a secondary IIR filter, thereby obtaining a filter characteristic more approximate to an ideal filter. Equation (7) is a diagram showing a transfer function of a secondary IIR filter in which primary IIR filters are connected in series.
図4は、ある遷移周波数で、ゲインを変更したときの二次IIRフィルタの特性を示す。図4に示す特性は、図3に示す理想的な特性に近似していることが理解できる。なお、本実施の形態においては、二次IIRフィルタにより理想フィルタを近似しているが、フィルタの次数を上げることにより、その特性を、さらに理想フィルタの特性と近似させることが可能である。
FIG. 4 shows the characteristics of the second-order IIR filter when the gain is changed at a certain transition frequency. It can be understood that the characteristics shown in FIG. 4 approximate the ideal characteristics shown in FIG. In the present embodiment, the ideal filter is approximated by a secondary IIR filter. However, by increasing the order of the filter, the characteristic can be further approximated to the characteristic of the ideal filter.
図5は、図4に示すフィルタ特性を実現するための、二次のフィルタ係数を示すグラフである。なお、横軸は負のゲインのレベルを表す。レベル1は、最も負のレベルが大きい(つまり、傾きが最小である)ようなゲインを表し、レベル0は、最も負のレベルが小さい(つまり、傾きが0である)ようなゲインを表す。このように、本実施の形態においては、レベル1〜9のそれぞれにおいて、フィルタ係数b、c、d、eおよびfが決定される。
FIG. 5 is a graph showing second-order filter coefficients for realizing the filter characteristics shown in FIG. The horizontal axis represents the negative gain level.
正のゲインに対するフィルタ係数は、上記(7)式の分母と分子を入れ替えることにより算出できる((8)式参照)。 The filter coefficient for the positive gain can be calculated by exchanging the denominator and numerator of the above equation (7) (see equation (8)).
したがって、負のゲインの係数のb〜fをそれぞれ、
b:e/d、c:f/d、d:1/d、e:b/d、f:c/d
と入れ替えることにより、正のゲイン特性のフィルタ係数を得ることができる。
Therefore, the negative gain coefficients b to f are
b: e / d, c: f / d, d: 1 / d, e: b / d, f: c / d
Can be obtained to obtain a filter coefficient having a positive gain characteristic.
本実施の形態においては、このフィルタ係数を演算により算出するのではなく、遷移周波数およびゲインをアドレスとするテーブル(パラメータテーブル)をフィルタ係数算出回路26に設け、テーブルからデータ値を取り出し、さらにそのデータ値を補間することにより、適切なフィルタ係数を算出するようにしている。
In this embodiment, this filter coefficient is not calculated by calculation, but a table (parameter table) with transition frequency and gain as addresses is provided in the filter
図6は、本実施の形態におけるアコースティック用フィルタ特性およびアコースティック用フィルタ特性のパラメータテーブルを説明するための図である。アコースティック用フィルタ特性においては、遷移周波数を第1のパラメータ、ゲインのレベルを第2のパラメータとしている。 FIG. 6 is a diagram for explaining a parameter table of acoustic filter characteristics and acoustic filter characteristics in the present embodiment. In the acoustic filter characteristics, the transition frequency is the first parameter, and the gain level is the second parameter.
図6(a)は、ある基準周波数f1に基づく遷移周波数F1のときのフィルタ特性を示す図である。先に述べたように、基本波の周波数にしたがって基準周波数f1は決定される。たとえば、基準周波数は基本波とほぼ同じとしても良いし、基本波の所定倍数の周波数としても良い。図6(a)に示すように、単一の遷移周波数F1について、複数の傾きを有するフィルタ特性が考えられる。図6(a)の例では、負の特性(減衰する特性)として小さい方からゲインのレベルG11、G12、・・・G1i(=減衰「0」)、正の特性として、G1(i+1)、・・・G1(2i−1)が示されている。また、基本波が異なることに伴って、基準周波数がf1からf2(f1<f2)に変化した場合を考えると、図6(b)に示すように、基準周波数の変更にともなって、遷移周波数F2は変更される。また、ゲインのレベルG21、G22、・・・、G2i、・・・、G2(2i−1)も変更され得る。 FIG. 6A is a diagram illustrating a filter characteristic at the transition frequency F 1 based on a certain reference frequency f 1 . As described above, the reference frequency f 1 is determined according to the frequency of the fundamental wave. For example, the reference frequency may be substantially the same as the fundamental wave, or may be a frequency that is a predetermined multiple of the fundamental wave. As shown in FIG. 6 (a), the single transition frequencies F 1, is considered a filter characteristic having a plurality of tilt. In the example of FIG. 6A , gain levels G 11 , G 12 ,... G 1i (= attenuation “0”) from the smallest negative characteristic (attenuating characteristic), and G 1 as the positive characteristic. (I + 1) ... G1 (2i-1) is shown. Further, considering the case where the reference frequency is changed from f 1 to f 2 (f 1 <f 2 ) due to the difference in the fundamental wave, as shown in FIG. 6B, the reference frequency is changed. Te, the transition frequency F 2 is changed. In addition, gain levels G 21 , G 22 ,..., G 2i ,..., G 2 (2i−1) can also be changed.
たとえば、図6(a)では、単一の遷移周波数F1について、2i−1個のレベルが存在する。したがって、この例では、遷移周波数F1とあるレベルとの組み合わせについて、1つのフィルタ係数の組(b、c、d、e、f)が存在する。つまり、2i−1個のレベルがあれば、2i−1個のフィルタ係数の組が存在する。図6(b)についても同様である。したがって、遷移周波数がn種類存在すれば、n×(レベルの数(図6の例では、(2i−1))個のフィルタ係数の組が存在しえる。
For example, in FIG. 6 (a), the the
遷移周波数ごとに各ゲインのフィルタ係数のセットを保持すると、膨大な大きさ(遷移周波数の設定数×ゲインの設定数×フィルタ係数の種類(5))のテーブルを用意する必要がある。そこで、遷移周波数の設定数およびゲインの設定数を限定して、これらの組み合わせに応じた一連のフィルタ係数を格納したテーブルのみを用意し、遷移周波数およびゲインの双方について補間(二次元の補間)を実現することで、テーブルのサイズを小さくし、かつ、フィルタ係数の適切化を実現している。 If a set of filter coefficients for each gain is held for each transition frequency, it is necessary to prepare a table of enormous size (number of transition frequency settings × number of gain settings × type of filter coefficient (5)). Therefore, by limiting the number of transition frequency settings and the number of gain settings, prepare only a table that stores a series of filter coefficients according to these combinations, and interpolate both the transition frequency and gain (two-dimensional interpolation). By realizing the above, the size of the table is reduced and the filter coefficient is optimized.
次に、シンセサイザ用フィルタ特性について説明する。シンセサイザ用フィルタ特性では、従来のシンセサイザのフィルタと同様に、バンド幅Qを第1のパラメータ、カットオフfcを第2のパラメータとしている。 Next, synthesizer filter characteristics will be described. In the synthesizer filter characteristics, the bandwidth Q is the first parameter and the cut-off fc is the second parameter, as in the conventional synthesizer filter.
図7は、Q=2において、カットオフfcを、3000Hz、1765Hz、1038Hz、611Hz、359Hz、211Hz、124Hz、73Hz、43Hzと指数的に変化させたときの、それぞれのフィルタ特性(周波数特性)を示すグラフである。また、図8は、カットオフfcのそれぞれの状態におけるフィルタ係数b〜dを示すグラフである。なお、従来の二次IIRフィルタの伝達関数は、(9)式で表される。 FIG. 7 shows the respective filter characteristics (frequency characteristics) when the cut-off fc is exponentially changed to 3000 Hz, 1765 Hz, 1038 Hz, 611 Hz, 359 Hz, 211 Hz, 124 Hz, 73 Hz, and 43 Hz at Q = 2. It is a graph to show. FIG. 8 is a graph showing filter coefficients b to d in each state of the cutoff fc. Note that the transfer function of the conventional second-order IIR filter is expressed by equation (9).
H(z)=f2/(1+(−2+f2+f/Q)z−1+(1−f/Q)z−2)
・・・(9)
したがって、フィルタ係数eおよびfは、e=0、f=0で固定となっている。
H (z) = f 2 / (1 + (− 2 + f 2 + f / Q) z −1 + (1−f / Q) z −2 )
... (9)
Therefore, the filter coefficients e and f are fixed at e = 0 and f = 0.
以下、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出回路26およびフィルタ回路22の構成についてより詳細に説明する。
Hereinafter, the configurations of the filter
図9は、本実施の形態にかかるフィルタ係数算出回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図9に示すように、フィルタ係数算出回路26は、インタフェース31、加算器32〜34、パラメータテーブル35、補間回路36およびレジスタ37〜41を備える。また、図9には示していないが、フィルタ係数算出回路26は、所定のタイミングで、パラメータテーブル35へのアドレス信号のインクリメント信号X1、Y1、および、パラメータテーブル35の選択信号SELを出力する制御回路を有している。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the filter coefficient calculation circuit according to this embodiment. As shown in FIG. 9, the filter
インタフェース31は、楽音発生回路7の内部バス28に接続され、マイクロコンピュータ1からインタフェース20を介して送信される2種類のパラメータを受信して保持し、フィルタ算出回路26に出力する。本実施の形態においては、アコースティック楽器用フィルタ特性に関する第1のパラメータである遷移周波数データF[15:0]、および、第2のパラメータであるゲインデータG[15:0]からなるパラメータの組、並びに、シンセサイザ用フィルタ特性に関する第1のパラメータであるバンド幅データQ[15:0]、および、第2のパラメータであるカットオフデータfc[15:0]からなるパラメータの組が、マイクロコンピュータ1からインタフェースに与えられる。
The
また、本実施の形態においては、インタフェース31は、マイクロコンピュータ1からのアコースティック楽器用フィルタ特性或いはシンセサイザ用フィルタ特性を選択するフィルタモード選択信号A/Sを受け入れ、フィルタモード選択信号A/Sを、パラメータテーブル35に出力する。本実施の形態において、フィルタモード選択信号A/Sが「0」であるときには、アコースティック楽器用フィルタ特性に基づいてフィルタ係数算出回路26は動作する。したがって、マイクロコンピュータ1からインタフェース31には、第1のパラメータP1として遷移周波数データFが与えられ、第2のパラメータP2として、ゲインデータGが与えられる。
In the present embodiment, the
その一方、フィルタモード選択信号A/Sが「1」であるときには、シンセサイザ用フィルタ特性に基づいてフィルタ係数算出回路26は動作する。したがって、マイクロコンピュータ1からインタフェース31には、第1のパラメータP1としてバンド幅データQが与えられ、第2のパラメータP2として、カットオフデータfcが与えられる。
On the other hand, when the filter mode selection signal A / S is “1”, the filter
さらに、本実施の形態において、インタフェース31は、マイクロコンピュータ1から、パラメータテーブル35を書き換えるためのデータ、アドレスおよび種々の制御信号を受け入れ、これらをパラメータテーブル35に出力する。図9において、WRBはパラメータテーブルへの書き込みイネーブル信号、Sはアドレスの切り替え信号である。また、図9において、Dはパラメータテーブル35の書き込み用データ、ADはパラメータテーブル35の書き込み用アドレスである。
Further, in the present embodiment, the
図9に示すように、第2のパラメータP2[15:0]は加算器32に与えられる。加算器32にはもう一方の入力として、第1のエンベロープ発生回路25から経時的に変化する第1のエンベロープ信号が与えられる。したがって、加算器から出力される第2のパラメータP2[15:0]は、第1のエンベロープ信号に基づいて、その値が時間の経過に伴って変化する。
As shown in FIG. 9, the second parameter P <b> 2 [15: 0] is given to the
第2のパラメータP2[15:0]のうち、P2[15:12]が加算器33に与えられる。また、第1のパラメータP1[15:0]のうちP1[15:13]が加算器34に与えられる。加算器33、34においては、必要に応じて所定のタイミングでインクリメント信号「1」が加算され、パラメータテーブル35のアドレスとして出力される。加算器33においては、P2[15:12]の出力の次のタイミングで、インクリメント信号X1を加算することで、連続するアドレス(P2[15:12]+1)を出力することができる。また、加算器34においても、P1[15:13]の出力の次のタイミングで、インクリメント信号Y1を加算することで、連続するアドレス(P1[15:13]+1)を出力することができる。
Among the second parameters P2 [15: 0], P2 [15:12] is given to the
パラメータテーブル35の下位アドレスA[4:0]には、加算器33からの信号が与えられ、その次に上位のアドレスA[8:5]には、加算器34からの信号が与えられる。さらに、最上位アドレスA[11:9]には制御回路(図示せず)からの選択信号SELが与えられる。
A signal from the
図10は、本実施の形態にかかるパラメータテーブルの例を示す図である。図10に示すように、パラメータテーブル35は、セレクタ101、オア回路102、104、インバータ103、メモリ105、106およびセレクタ107を有する。本実施の形態においては、メモリ105(RAMA)には、アコースティック用フィルタ特性の第1のパラメータ(遷移周波数データ)および第2のパラメータ(ゲインデータ)に基づくファイル係数が格納される。また、メモリ106(RAMB)は、シンセサイザ用フィルタ特性の第1のパラメータ(バンド幅データ)および第2のパラメータ(カットオフデータ)に基づくフィルタ係数が格納される。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a parameter table according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, the parameter table 35 includes a
本実施の形態において、たとえば、メモリ105には、9種類の遷移周波数×17種類のゲイン(8種類のマイナスのゲイン、ゲイン「0」、および、8種類のプラスのゲイン)×5種類のフィルタ係数を記憶する。したがって、メモリ105は、9×17×5=765ワードのフィルタ数を記憶している。
In the present embodiment, for example, the
同様に、メモリ105には、9種類のバンド幅×8種類のカットオフのそれぞれについて、5種類のフィルタ係数を記憶している。
Similarly, the
たとえば、遷移周波数については、上位3ビット(8種類)の値を下位13ビットで補間するため、9種類のアドレスが用意される。また、ゲインについては、上位4ビット(16種類)の値を、下位12ビットで補完するため、17種類のアドレスが用意される。また選択信号SELは、5種類の係数b〜fの何れかを選択するために使用される。 For example, for the transition frequency, nine types of addresses are prepared in order to interpolate the upper 3 bits (8 types) with the lower 13 bits. As for the gain, 17 kinds of addresses are prepared in order to complement the upper 4 bits (16 kinds) with the lower 12 bits. The selection signal SEL is used to select one of the five types of coefficients b to f.
図10に示すように、WRB信号とA/S信号とがオア回路102に与えられ、オア回路102の出力が、メモリ105のライトイネーブルとして入力される。その一方、WRB信号とA/S信号のインバータ103による反転信号とがオア回路104に与えられ、オア回路104の出力が、メモリ106のライトイネーブルとして入力される。このライトイネーブルは「0」が入力されたときにメモリを書き込み可能とする。
As shown in FIG. 10, the WRB signal and the A / S signal are supplied to the
また、セレクタ101は、S信号が「0」のときに、インタフェース31から与えられる書き込み用アドレスAD[11:0]を選択し、S信号が「1」のときに、インタフェース31から与えられるパラメータA[11:0]を選択する。
The
メモリ105、106にデータを書き込むときに、マイクロコンピュータ1は、インタフェース31に、所定の制御信号(WRB信号、A/S信号、S信号)を出力するとともに、アドレスADおよびデータDを出力する。
When writing data to the
マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して、WRB信号「0」、A/S信号「0」およびS信号「0」が与えられることより、メモリ105において、マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して与えられた書き込み用アドレスAD[11:0]に、アコースティック用フィルタ特性に基づくフィルタ係数であるデータD[19:0]が書き込まれる。
Since the WRB signal “0”, the A / S signal “0”, and the S signal “0” are given from the
また、マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して、WRB信号「0」、A/S信号「1」およびS信号「0」が与えられることより、メモリ106において、マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して与えられた書き込み用アドレスAD[11:0]に、シンセサイザ用フィルタ特性に基づくフィルタ係数であるデータD[19:0]が書き込まれる。
Further, the WRB signal “0”, the A / S signal “1”, and the S signal “0” are given from the
また、WRB信号が「1」のときには、メモリ105、106は読み出し用となる。マイクロコンピュータ1は、スイッチ4において指定された音色が、アコースティック楽器の音色に属するものであれば、メモリ105からフィルタ係数を読み出すように、また、いわゆるシンセサイザ音色に属するものであれば、メモリ106からフィルタ係数を読み出すように、パラメータテーブル35に対して、制御信号およびパラメータを出力する。
When the WRB signal is “1”, the
マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して、WRB信号「1」、A/S信号「0」およびS信号「1」が与えられると、メモリ105においては、SEL信号をA[11:9]、第1のパラメータの所定の上位アドレスP1[15:13]をA[8:5]、第2のパラメータの所定の上位アドレスP2[15:12]をA[4:0]として、データが読み出される。セレクタ107にもA/S信号「0」が与えられているので、メモリ105からの出力が選択される。したがって、パラメータテーブル35からは、遷移周波数およびゲインに基づく、補間前のフィルタ係数が出力される。
When the WRB signal “1”, the A / S signal “0”, and the S signal “1” are given from the
マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して、WRB信号「1」、A/S信号「1」およびS信号「1」が与えられると、メモリ106においては、SEL信号をA[11:9]、第1のパラメータの所定の上位アドレスP1[15:13]をA[8:5]、第2のパラメータの所定の上位アドレスP2[15:12]をA[4:0]として、データが読み出される。セレクタ107にもA/S信号「1」が与えられているので、メモリ106からの出力が選択される。したがって、パラメータテーブル35からは、バンド幅およびカットオフに基づく、補間前のフィルタ係数が出力される。
When the WRB signal “1”, the A / S signal “1”, and the S signal “1” are given from the
以下、本実施の形態にかかる補間回路36について説明する。なお、説明の便宜上、パラメータテーブル35から、遷移周波数およびゲインに基づく補間前のフィルタ係数が出力された場合について説明する。しかしながら、バンド幅およびカットオフに基づく補間前のフィルタ係数が出力された場合にも同様の補間演算が行われることはいうまでもない。
Hereinafter, the
パラメータテーブル35の出力、つまり補間前のフィルタ係数の組は、補間回路36に与えられる。また、遷移周波数データの下位データF[12:0](図9におけるP1[12:0])およびゲインデータの下位データG[11:0](図9におけるP2[12:0])も補間回路36に与えられる。補間回路36においては、5種類の補間後のフィルタ係数b〜fが算出されて出力される。レジスタ37〜41は、順次出力される補間後のフィルタ係数b〜fをそれぞれ保持する。
The output of the parameter table 35, that is, the set of filter coefficients before interpolation is given to the
図11は、本実施の形態にかかる補間回路をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図11に示すように、補間回路36は、レジスタ51〜54、減算器55、乗算器56、加算器57、レジスタ58、減算器65、乗算器66、加算器67、レジスタ68、減算器70、乗算器71、および、加算器72を有している。
FIG. 11 is a block diagram showing the interpolation circuit according to this embodiment in more detail. As shown in FIG. 11, the
減算器55により、レジスタ51の出力から、レジスタ51の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、ゲインデータの下位データG[11:0](P2[11:0])とが乗算器56において乗算され、乗算値は加算器57に出力される。加算器57は、乗算値と、レジスタ51からの出力とを加算し、加算された値が、レジスタ58に記憶される。
The
同様に、減算器65により、レジスタ53の出力から、レジスタ54の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、ゲインデータの下位データG[11:0](P2[11:0])とが乗算器66において乗算され、乗算値は加算器67に出力される。加算器67は、乗算値と、レジスタ53からの出力とを加算し、加算された値が、レジスタ68に記憶される。
Similarly, the
さらに、減算器70において、レジスタ58の出力から、レジスタ68の出力を減算した差分値が算出され、この差分値と、遷移周波数データの下位データF[12:0](P1[11:0])とが乗算器71において乗算され、乗算値は加算器72に出力される。加算器72は、乗算値と、レジスタ58からの出力とを加算する。加算器72からの出力が、補間されたフィルタ係数となる。
Further, in the
図12は、本実施の形態にかかるフィルタ回路の概略を示すブロックダイヤグラムである。図12に示すように、フィルタ回路22は、加算器80,88、乗算器81、82、85、86、87、および、遅延回路83、84を有する。乗算器81、82、85、86、87のそれぞれに、フィルタ係数算出回路22にて算出されたフィルタ係数b、c、d、e、fが与えられ、乗算器のそれぞれの入力に印加される信号とフィルタ係数とが乗算される。
FIG. 12 is a block diagram showing an outline of the filter circuit according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, the
以下、本実施の形態にかかる二次元の補間について説明する。図13は、本実施の形態にかかる二次元補間を説明する図である。説明の便宜のため、x=G[15:12]、dx=G[11:0]、y=F[15:13]、dy=F[12:0]とする。図11のレジスタ51〜54には、以下の値が格納される。
Hereinafter, two-dimensional interpolation according to the present embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining two-dimensional interpolation according to the present embodiment. For convenience of explanation, it is assumed that x = G [15:12], dx = G [11: 0], y = F [15:13], and dy = F [12: 0]. The following values are stored in the
レジスタ51:o[x,y](なお、o[x,y]は、アドレスxyでのパラメータテーブル35の出力を表す。)
レジスタ52:o[x+1,y]
レジスタ53:o[x,y+1]
レジスタ54:o[x+1,y+1]
減算器55により、レジスタ52の出力o[x+1,y]からレジスタ51の出力o[x,y]が減算され、かつ、乗算器56により、減算値とdxとが乗算される。その後、加算器57により、乗算値とo[x,y]とが加算されてレジスタ58に格納される。したがって、レジスタ58には以下のような値が格納される。
Register 51: o [x, y] (where o [x, y] represents the output of the parameter table 35 at the address xy)
Register 52: o [x + 1, y]
Register 53: o [x, y + 1]
Register 54: o [x + 1, y + 1]
The
レジスタ58:o[x,y]+(o[x+1,y]−o[x,y])*dx
=o[x+dx,y]
図13に示すように、これは、o[x,y]とo[x+1,y]との間をdxに基づいて直線補間したものに相当する。
Register 58: o [x, y] + (o [x + 1, y] −o [x, y]) * dx
= O [x + dx, y]
As illustrated in FIG. 13, this corresponds to linear interpolation between o [x, y] and o [x + 1, y] based on dx.
また、減算器65により、レジスタ54の出力o[x+1,y+1]からレジスタ53の出力o[x,y+1]が減算され、かつ、乗算器66により、減算値とdxとが乗算される。その後、加算器67により、乗算値とo[x,y+1]とが加算されてレジスタ58に格納される。したがって、レジスタ68には以下のような値が格納される。
The
レジスタ68:o[x,y+1]+
(o[x+1,y+1]−o[x,y+1])*dx
=o[x+dx,y+1]
図13に示すように、これは、o[x,y+1]とo[x+1,y+1]との間をdxに基づいて直線補間したものに相当する。
Register 68: o [x, y + 1] +
(O [x + 1, y + 1] −o [x, y + 1]) * dx
= O [x + dx, y + 1]
As shown in FIG. 13, this corresponds to linear interpolation between o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] based on dx.
さらに、減算器70により、レジスタ68の出力o[x+dx,y+1]からレジスタ58の出力o[x+dx,y]が減算され、かつ、乗算器71により、減算値とdyとが乗算される。その後、加算器72により、乗算値とo[x+dx,y]とが加算されて出力される。したがって、出力値は以下のようなものとなる。
Further, the
出力値:o[x+dx,y]+
(o[x+dx,y+1]−o[x+dx,y])*dy
=o[x+dx,y+dy]
図13に示すように、出力値は、o[x+dx,y]とo[x+dx,y+1]との間をdyに基づいて補間したものに相当する。したがって、得られた出力値は、dx、dyに基づく二次元の補間値となる。
Output value: o [x + dx, y] +
(O [x + dx, y + 1] −o [x + dx, y]) * dy
= O [x + dx, y + dy]
As shown in FIG. 13, the output value corresponds to an output value obtained by interpolating between o [x + dx, y] and o [x + dx, y + 1] based on dy. Therefore, the obtained output value is a two-dimensional interpolation value based on dx and dy.
本実施の形態については、選択信号SELを順次変更して、パラメータテーブル35から、フィルタ係数b、c、d、e、fの補間前の値を出力することで、補間回路36において、b、c、d、e、fの補間値が生成され出力される。
In this embodiment, by sequentially changing the selection signal SEL and outputting the pre-interpolated values of the filter coefficients b, c, d, e, and f from the parameter table 35, the
図14は、フィルタ係数算出の際のタイミングチャートである。図14において、R0〜R5は、それぞれ、図11のレジスタ51〜54、58、68に対応し、B〜Fは、それぞれ、図9のレジスタ37〜41に相当する。
FIG. 14 is a timing chart for calculating the filter coefficient. 14, R0 to R5 correspond to the
図14において、信号X1より、アドレスA[4:0]が、「x」或いは「x+1」に切り替えられ、また、信号Y1により、アドレスA[8:5]が、「y」或いは「y+1」に切り替えられる。また、選択信号SELにより、アドレスA[9:11]が変更される。最初のY1の一周期(符号1401参照)では、選択信号SELは、「b」を示すものであり、したがって、最初のY1の周期でパラメータテーブル35に与えられる4種類のアドレスによって、フィルタ係数bに関するo[x,y]、o[x+1,y]、o[x,y+1]およびo[x+1,y+1]が出力され、それがR0〜R3に格納される。 In FIG. 14, the address A [4: 0] is switched to “x” or “x + 1” from the signal X1, and the address A [8: 5] is changed to “y” or “y + 1” by the signal Y1. Can be switched to. Further, the address A [9:11] is changed by the selection signal SEL. In one cycle of the first Y1 (see reference numeral 1401), the selection signal SEL indicates “b”. Therefore, the filter coefficient b is determined by the four types of addresses given to the parameter table 35 in the cycle of the first Y1. O [x, y], o [x + 1, y], o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] are output and stored in R0 to R3.
R0、R1にそれぞれ格納されたo[x,y]、o[x+1,y]に基づいて、o[x+dx,y]が算出されて、これがR4に格納される。また、R2、R3にそれぞれ格納されたo[x,y+1]およびo[x+1,y+1]に基づいて、o[x+dx,y+1]が算出されて、これがR5に格納される。R4およびR5に格納されたo[x+dx,y]およびo[x+dx,y+1]に基づいて、フィルタ係数bについての補間後の値b[x+dx,y+dy]が算出されて、これがBに格納される。 Based on o [x, y] and o [x + 1, y] stored in R0 and R1, respectively, o [x + dx, y] is calculated and stored in R4. Further, o [x + dx, y + 1] is calculated based on o [x, y + 1] and o [x + 1, y + 1] stored in R2 and R3, respectively, and stored in R5. Based on o [x + dx, y] and o [x + dx, y + 1] stored in R4 and R5, an interpolated value b [x + dx, y + dy] for the filter coefficient b is calculated and stored in B. .
同様に、選択信号SELが、「c」、「d」、「e」および「f」を示す場合には、最終的に、フィルタ係数c〜fのそれぞれの補間後の値c[x+dx,y+dy]、d[x+dx,y+dy]、e[x+dx,y+dy]およびf[x+dx,y+dy]が算出されて、算出された値は、それぞれC〜Fに格納される。 Similarly, when the selection signal SEL indicates “c”, “d”, “e”, and “f”, finally, the interpolated values c [x + dx, y + dy] of the filter coefficients c to f are finally obtained. ], D [x + dx, y + dy], e [x + dx, y + dy] and f [x + dx, y + dy] are calculated, and the calculated values are stored in C to F, respectively.
本実施の形態によれば、遷移周波数およびゲインに基づいてフィルタ係数を出力する第1のメモリ、および、バンド幅およびカットオフに基づいてフィルタ係数を出力する第2のメモリを設け、指定された音色にしたがって何れかのメモリからフィルタ係数が出力される。 According to the present embodiment, the first memory that outputs the filter coefficient based on the transition frequency and the gain, and the second memory that outputs the filter coefficient based on the bandwidth and the cutoff are provided and designated. Filter coefficients are output from one of the memories according to the tone color.
遷移周波数は発音すべき楽音の基本波の周波数に基づくものであり、かつ、ゲインは、その減衰の程度(または増強の程度)を示す。したがって、直感的な理解が容易なパラメータによって、また、複雑な演算を行うことなく、アコースティック楽器、特に、アコースティックピアノのフィルタ特性にきわめて近似したフィルタ特性を有するディジタルフィルタを実現し、アコースティック楽器とほぼ同等の音色の楽音を出力することが可能となる。 The transition frequency is based on the frequency of the fundamental wave of the musical sound to be generated, and the gain indicates the degree of attenuation (or the degree of enhancement). Therefore, it is possible to realize a digital filter having a filter characteristic very close to the filter characteristic of an acoustic instrument, particularly an acoustic piano, with parameters that are easy to understand intuitively and without performing complicated calculations. It is possible to output a musical tone with an equivalent tone.
その一方、第2のメモリを用いて、従来のバンド幅およびカットオフに基づくフィルタ係数を出力することで、従来のフィルタ特性を有するディジタルフィルタを実現し、いわゆるシンセサイザならではの音色の楽音を出力することも可能である。 On the other hand, a digital filter having a conventional filter characteristic is realized by outputting a filter coefficient based on the conventional bandwidth and cut-off using the second memory, and outputs a musical tone tone unique to a so-called synthesizer. It is also possible.
また、本実施の形態によれば、第1のエンベロープ発生回路から時間変化するエンベロープデータが出力され、このエンベロープデータは、フィルタ係数算出回路にて、ゲインデータ、或いは、カットオフに加算される。したがって、ここでも簡単な回路構成で、フィルタによるゲインの減衰(或いは増強)の時間変化、或いは、カットオフの変化による減衰の時間変化を実現し、所望の音色の変化を実現することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the envelope data that changes with time is output from the first envelope generation circuit, and this envelope data is added to the gain data or the cut-off by the filter coefficient calculation circuit. Accordingly, it is possible to realize a desired timbre change by realizing a time change of gain attenuation (or enhancement) by a filter or a time change of attenuation by a cut-off change with a simple circuit configuration. Become.
さらに、本実施の形態によれば、第1のパラメータ(遷移周波数データ或いはバンド幅データ)の上位ビット、および、第2のパラメータ(ゲインデータ或いはカットオフデータ)の上位ビットをアドレスとして、パラメータテーブルが粗いフィルタ係数を出力し、かつ、第1のパラメータの下位ビットおよび第2のパラメータの下位ビットにより、粗いフィルタ係数を二次元補正して、補正されたフィルタ係数を取得する。これにより、パラメータテーブルが格納するデータ(係数)の数をそれほど大きくすることなく、精度の良い適切なフィルタ係数を得ることが可能となる。 Furthermore, according to the present embodiment, the upper bits of the first parameter (transition frequency data or bandwidth data) and the upper bits of the second parameter (gain data or cut-off data) are used as an address, and the parameter table Outputs a coarse filter coefficient, and two-dimensionally corrects the coarse filter coefficient with the low-order bit of the first parameter and the low-order bit of the second parameter to obtain a corrected filter coefficient. As a result, it is possible to obtain an appropriate filter coefficient with high accuracy without increasing the number of data (coefficients) stored in the parameter table.
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態においては、2つのメモリ(RAMAおよびRAMB)を備え、一方のメモリ(RAMA)にアコースティック楽器用フィルタ特性に基づくフィルタ係数を格納し、遷移周波数データおよびゲインデータをアドレスとしてフィルタ係数を出力し、他方のメモリ(RAMB)にシンセサイザ用フィルタ特性に基づくフィルタ係数を格納し、バンド幅データおよびカットオフデータをアドレスとしてフィルタ係数を出力している。無論、これは物理的に2つのメモリである必要はなく、単一のメモリのアドレス空間を2つに区切り、一方にはRAMAとしてアコースティック楽器用フィルタ特性に基づくフィルタ係数を格納し、他方にはRAMBとしてシンセサイザ用フィルタ特性に基づくフィルタ係数を格納する場合も含まれる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, two memories (RAMA and RAMB) are provided, filter coefficients based on the acoustic instrument filter characteristics are stored in one memory (RAMA), and the filter is performed using transition frequency data and gain data as addresses. The coefficient is output, the filter coefficient based on the synthesizer filter characteristics is stored in the other memory (RAMB), and the filter coefficient is output using the bandwidth data and the cut-off data as addresses. Of course, this does not have to be physically two memories, it divides the address space of a single memory into two, one storing the filter coefficients based on acoustic instrument filter characteristics as RAMA and the other The case where the filter coefficient based on the filter characteristic for synthesizers is stored as RAMB is also included.
これに対して、第2の実施の形態においては、書き換え可能な単一のメモリを用いて、マイクロコンピュータ1からの制御により、アコースティック楽器用フィルタ特性に基づくフィルタ係数、或いは、シンセサイザ用フィルタ特性に基づくフィルタ係数の何れかを格納する。
On the other hand, in the second embodiment, a filter coefficient based on the acoustic instrument filter characteristics or the synthesizer filter characteristics is controlled by the
図15は、本発明の実施の形態にかかるパラメータテーブルの例を示すブロックダイヤグラムである。図15に示すように、パラメータテーブルは、セレクタ111およびメモリ112を有する。インタフェース31からパラメータテーブルには、制御信号として、WRB信号、S信号が与えられる。第1の実施の形態のようにメモリの切り替えは必要ないため、A/S信号は省略される。それ以外のアドレスやデータは第1の実施の形態と同様である。
FIG. 15 is a block diagram showing an example of a parameter table according to the embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 15, the parameter table includes a
メモリ112にデータを書き込むときに、マイクロコンピュータ1は、インタフェース31に所定の制御信号(WRB信号、S信号)を出力するとともに、アドレスADおよびDを出力する。
When writing data to the
マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して、WRB信号「0」およびS信号「0」が与えられることより、メモリ112において、マイクロコンピュータ1からインタフェース31を介して与えられた書き込み用アドレスAD[11:0]に、フィルタ係数に相当するデータD[19:0]が書き込まれる。
Since the WRB signal “0” and the S signal “0” are given from the
たとえば、スイッチ4において指定された音色がアコースティック楽器の音色に属するものであれば、データDとしてアコースティック楽器用フィルタ特性に基づくフィルタ係数が、メモリ112に書き込まれる。その後、マイクロコンピュータ1は、インタフェース31を介して、WRB信号「1」およびS信号「1」を与えることにより、メモリ112からは、遷移周波数データおよびゲインデータに基づくアドレスA[11:0]に対応するフィルタ係数が出力される。
For example, if the tone color designated by the
スイッチ4において指定された音色がいわゆるシンセサイザの音色に属するものであれば、データDとしてシンセサイザ用フィルタ特性に基づくフィルタ係数が、メモリ112に書き込まれる。その後、マイクロコンピュータ1は、インタフェース31を介して、WRB信号「1」およびS信号「1」を与えることにより、メモリ112からは、バンド幅データおよびカットオフデータに基づくアドレスA[11:0]に対応するフィルタ係数が出力される。
If the tone color designated by the
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
1 マイクロコンピュータ
2 ROM
3 RAM
4 スイッチ類
5 タッチ検出回路
6 鍵盤
7 楽音発生回路
8 波形ROM
9 DAC
10 増幅回路
11、12 スピーカ
20 インタフェース
21 波形発生回路
22 フィルタ回路
23 乗算器
24 ミキサ
25 第1のエンベロープ発生回路
26 フィルタ係数算出回路
27 第2のエンベロープ発生回路
35 パラメータテーブル
36 補間回路
1
3 RAM
4
9 DAC
DESCRIPTION OF
Claims (5)
外部より供給される、所定の周波数を有する楽音信号に対して、前記フィルタ係数出力手段より出力されたフィルタ係数b及びcで規定されるフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施すために、下記の伝達関数H(z)を有するフィルタ手段と、を備えたフィルタ装置であって、
前記フィルタ係数出力手段が、
サンプリング周波数fsの1/2での最大ゲインをAとすると、当該最大ゲインの1/2のゲインとなる周波数をf0とした場合、前記フィルタ係数b及びcを、
の演算により算出して前記フィルタ手段に出力することを特徴とするフィルタ装置。 Filter coefficient output means for outputting the filter coefficients b and c;
In order to perform a filtering process based on the filter characteristics defined by the filter coefficients b and c output from the filter coefficient output means on a musical sound signal having a predetermined frequency supplied from the outside, the following transfer function A filter device comprising H (z),
The filter coefficient output means comprises:
Assuming that the maximum gain at 1/2 of the sampling frequency fs is A, when the frequency at which the gain is 1/2 of the maximum gain is f0, the filter coefficients b and c are
A filter device characterized in that the filter device calculates and outputs to the filter means.
前記周波数に基づき第1のパラメータを生成するとともに、前記強度に基づき第2のパラメータを算出する制御手段と、
前記制御手段により算出された第1及び第2のパラメータに基づいて決定される周波数及びレベルに対応するフィルタ係数の組をパラメータテーブルから取り出すフィルタ係数生成手段と、
供給される楽音信号に対して、このフィルタ係数生成手段からのフィルタ係数の組により規定されるフィルタ特性に基づくフィルタリング処理を施して出力するフィルタ手段と、
を備えた電子楽器において、
前記フィルタ手段は、フィルタ係数をb及びcとした場合、伝達関数H(z)が
であり、
かつ前記フィルタ係数生成手段は、前記第2のパラメータをサンプリング周波数fsの1/2での最大ゲインをAとし、当該最大ゲインの1/2のゲインとなる周波数f0を前記第1のパラメータとした場合に、前記フィルタ係数b及びcを、
の演算により算出して前記フィルタ手段に出力することを特徴とする電子楽器。 Pronunciation instruction means for instructing the frequency and intensity of a musical tone to be generated by an external operation;
Control means for generating a first parameter based on the frequency and calculating a second parameter based on the intensity;
Filter coefficient generation means for extracting from the parameter table a set of filter coefficients corresponding to the frequency and level determined based on the first and second parameters calculated by the control means;
Filter means for performing a filtering process based on a filter characteristic defined by a set of filter coefficients from the filter coefficient generation means and outputting the musical sound signal supplied ;
In an electronic musical instrument with
The filter means has a transfer function H (z) where the filter coefficients are b and c.
And
The filter coefficient generation means uses the second parameter as the maximum gain at 1/2 of the sampling frequency fs as A, and the frequency f0 at which the gain as 1/2 as the maximum gain as the first parameter. The filter coefficients b and c are
An electronic musical instrument characterized in that the electronic musical instrument is calculated and output to the filter means.
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