JPH0226237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、正弦波あるいは余弦波を音階周波数
に応じて読出し、楽音を生成する電子楽器のエン
ベロープ制御装置に関する。

近年、電子楽器の分野に於てもデイジタル技術
によつてその主要回路を構成し得るようになつて
きた。このようなデイジタル技術を用いて楽音を
生成する場合、波形を予めメモリに記憶させてお
き、それを音階周波数に応じたクロツクで読出す
か、あるいは読出クロツクは全ての音階に対し一
定周波数で、位相角を当該音階周波数に応じて変
化せしめて読出し、楽音を生成する方法がとられ
ている。

そして、上記メモリには、自然楽器の波形を一
周期分サンプリングして記憶させておくか、ある
いは所定の関数の波形例えば正弦波を記憶してお
くことになる。

しかるに、上記の如き、デイジタル的に楽音を
生成する場合、エンベロープ（音量エンベロー
プ）制御するには、必ず上記波形を表現する２進
データと、エンベロープを表現する２進データと
を乗算する乗算器を必要とする。

しかして、このような乗算器は、如何なる演算
方式のものを用いたとしてもハードウエアが非常
に大となり、電子楽器の回路を集積化する上で不
都合であり、更に、乗算器を用いてエンベロープ
制御された波高値を正しく計算するには、必要ビ
ツト数より下位ビツトのデータまで求めねばなら
ず、非常に煩雑であるという欠点があつた。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、正
弦波あるいは余弦波を音階周波数に応じて読出
し、楽音を生成する電子楽器に於て、上記正弦波
あるいは余弦波を同一周波数で且つ異なる位相を
もつ２つの波形として読出し、この読出された２
つの波形を合成して出力を得ると共に、上記位相
の変化に応じて上記正弦波あるいは余弦波にエン
ベロープ制御をリアルタイムで行う電子楽器のエ
ンベロープ制御装置を提供することを目的とす
る。

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。第１図は、本実施例の主要回路
図を示すもので、図中１は複数の演奏キーが配設
されたキーボードである。このキーボード１から
は操作された演奏キーに対応するキーコードが発
生するようになつている。例えば、このキーコー
ドとは当該演奏キーのオクターブとノート（音
階）を示すコードである。

そして、このキーコードは周波数情報変換
ROM₂に供給される。この周波数情報変換ROM₂
には、キーコードに対応する周波数情報（即ち、
位相角を示す情報）が記憶されており、この周波
数情報を累算器３に於て、累算指令０（クロツク
０については後述する。）毎に累算する。

そして、累算器３からは例えば６ビツトデータ
が加算器４のＡ入力端子（A₀〜A₅）に供給され
る。一方、この加算器４のＢ入力端子（B₀〜B₅）
には、エンペローブ情報発生回路５からの６ビツ
トデータがアンドゲート６₀〜６₅を介して供給さ
れる。

上記エンベロープ情報発生回路５には、エンベ
ロープ制御指令、例えばキーボード１の演奏キー
のオン／オフ情報あるいは予めスイツチにより設
定されたADSR（アタツク・デイケイ・サステイ
ン・リリース）の各情報等が供給され、その情報
に応じてエンベロープ制御する為の６ビツトデー
タが上記アンドゲート６₀〜６₅に与えられる。な
お、このアンドゲート６₀〜６₅には開閉制御信号
としてクロツク０が与えられている。

上記加算器４は、上記Ａ入力端子とＢ入力端子
から与えられる６ビツトデータを加算し、Ｓ出力
端子（S₀〜S₅）から６ビツトドータとしてその結
果データを出力する。

そして、この加算器４から出力される６ビツト
データはサイン波ROM７に与えられ、サイン波
ROM７のアドレス指定を行う。このサイン波
ROM７には、第２図に示す如きサイン波の波高
値（振幅値）が2⁶（＝64）サンプル点に分割され
て記憶されている。そして、このサイン波ROM
からは、６ビツトデータ（D₀〜D₅）が波高値と
して出力される。即ち、出力の最上位ビツト
（D₅）は符号ビツトで、第２ビツト乃至最下ビツ
ト（D₄〜D₀）は小数点以下のデータを示すビツ
トである。

そして、このデーテは累算器８のＡ入力端子
（A₀〜A₅）に与えられ累算される。尚、この累算
器８は、上記クロツク０がインバータ９により反
転された信号即ちクツク０の立上りのタイミング
でリセツトされる。そして、この累算器８から
は、７ビツトデータが出力端子Ｓ（S₁〜S₆）から
出力される。即ち、この７ビツトデータのうち最
上位ビツト（S₆）は符号ビツト、第２ビツト
（S₅）は2⁰の位のビツト、第３ビツト乃至最下ビ
ツト（S₄〜S₀）は小数点以下のデータを示すビツ
トである。

上記累算器８から出力される７ビツトデータは
ラツチ１０にクロツク０の立上りのタイミングに
て読込まれ、その出力データはＤ／Ａ変換器に与
えられてアナログ信号に変換され音響変換回路を
介して放音されることになる。

次に、本実施例の動作につき説明する。先ず、
第３図を参照して上述したクロツクφ及びそれを
反転したクロツク０（累算指令０）につき説明す
る。このクロツクφ、０は第３図ａ，ｂに示す如
く“０”レベルと“１”レベルとを交互に反転す
るクロツクである。いま、説明の便宜上クロツク
φが“０”レベルのときをタイミングt₀、クロツ
クφが“１”レベルのときをタイミングt₁と称す
ることにする。

従つて、第３図Ｃに示す如く、第１図に示され
た回路は２つのタイミングにて時分割的に動作す
るようになつている。即ち、上記累算器３は、累
算指令０が“１”となる都度、操作されている演
奏キーに応じた周波数情報を加算し、その累算結
果データを加算器４に印加する。

加算器４では、タイミングt₀でアンドゲート６
_０〜６₅が閉成しＢ入力端子から与えられるデータ
がオール“０”となる為、Ａ入力端子から与えら
れるデータのみを出力端子Ｓから出力し、一方タ
イミングt₁では、上記アンドゲート６₀〜６₅が開
成するので、加算器４ではＡ入力端子とＢ入力端
子の双方の入力端子から供給されるデータを加算
して、その結果データを出力端子Ｓから出力する
ことになる。

従つて、サイン波ROM７は、タイミングt₀と
タイミングt₁の２つのタイミングで各々一般に異
なつてアドレス指定され、その結果各々のタイミ
ングでこのサイン波ROM７から読出されたデー
タは累算器８により累算される。

そして、その累算結果はラツチ１０にクロツク
０の立上りのタイミングでラツチされる。

以上説明したことを数式を用いて表現すると、
次のようになる。即ち、タイミングt₀にてサイン
波ROM７から読出される波高値は sin2πａ／2⁶＝sinaπ／32 ……式(1) である。なお、“ａ”とは加算器４のＡ入力端子
に与えられるデータである。

また、タイミングt₁にてサイン波ROM７から
読出される波高値は sin2π（ａ／2⁶＋ｂ／2⁶）＝sin（ａ＋ｂ）π／32
……式(2) である。なお、“ｂ”とは加算器４のＢ入力端子
に与えられるデータである。

従つて、累算器８の出力は sin2πａ／2⁶＋sin2π（ａ／2⁶＋ｂ／2⁶） ＝2sinπ／32（ａ＋ｂ／２）cosπ／32・ｂ／２…
…式(3) となる。

従つて、この加算器４のＢ入力端子に供給する
データによつてエンベロープ制御が行えることが
判明する。即ち、その場合のエンベロープ制御値
は、 2cosπ／32・ｂ／２ ……式(4) である。

次に、第４Ａ図乃至第４Ｃ図を参照してエンベ
ロープ制御について具体的に説明する。先ず、キ
ーオン時で、波形が出力していない場合、各t₀の
タイミングでは、上記加算器４の入力端子に順次
サイン波ROM７をアクセスする為のアドレスデ
ータが供給される。そして、t₁のタイミングで
は、加算器４のＢ入力端子にデータ「32」（＝
100000）が印加され、従つて加算器４からは、t₁
のタイミングではＡ入力端子から与えられるデー
タにデータ「32」が加算されたデータが出力する
ことになる。

第４Ａ図はその状態を示すもので、同図１はタ
イミングt₀にて波ROM７から出力されるデータ
を、同図２はタイミングt₁にてサイン波ROM７
から出力されるデータを示している。このよう
に、第４Ａ図１と同図２とは位相がπだけずれて
いる為、両者を加算した結果データ、即ち、ラツ
チ１０の出力データは同図３の如くなり、波形が
何ら出力しないことになる。

そして、この状態から上記加算器４のＢ入力端
子に供給するデータを「32」から徐々に減少して
ゆくことにより、出力波形の振幅が大きくなつて
来る。例えば、第４Ｂ図には、上記加算器４のＢ
入力端子に供給するデータを「16」とした場合の
各出力波形を示すもので、同図１はタイミングt₀
にてサイン波ROM７から出力されるデータ、同
図２はタイミングt₁にてサインン波ROM７から
出力されるデータ、同図３はラツチ１０の出力デ
ータを示すものである。

更に、上記加算器４の入力端子に供給するデー
タを減少して「０」とすると、第４Ｃ図１〜３に
示すように、タイミングt₀でサイン波ROM７か
ら読出されるデータと、タイミングt₁でサイン波
ROM７から読出されるデータとは同一データと
なり、出力波形の振幅は最大レベルとなる。即
ち、この場合は、第４Ｃ図１と同図２とに示す波
形は全く同位相となり、出力は丁度２倍となるも
のである。

従つて、演奏キーのキーオン時において、出力
レベルが０レベルから最大レベルまで急激に上昇
するには、上記加算器４のＢ入力端子に供給する
データを「32」から「０」まで急激に減少すれば
良い。そして、このアタツクの状態から、デイケ
イの状態に移行するには、上記加算器４のＢ入力
端子に供給するデータを「０」から所定値まで順
次増加させる。更に引き続きサステイン状態に移
行するには、上記加算器４のＢ入力端子に供給す
るデータを上記所定値に保持せしめる。そうすれ
ば、振幅レベルは一定となる。そして、演奏キー
のキーオフの検出により、上記加算器４のＢ入力
端子に供給するデータを上記所定値からデータ
「32」に徐々に増加すれば良い。そして、上記加
算器４のＢ入力端子に供給するデータが「32」と
なれば出力レベル０となり楽音が出力しなくな
る。

以上はADSRの各エンベロープ状態を有する場
合について説明したが、オルガン音の如くアタツ
ク、サステイン、リリースの３つのエンベロープ
状態を有する場合、あるいはその他のエンベロー
プ状態を有する場合についても、同様にしてエン
ベロープ制御出来る。

尚、上記実施例に於ては、サインン波ROM７
を１個のみ設け、タイミングt₀、t₁の２つのタイ
ミングによる時分割処理により周波数が同一で位
相が異なる２つの波形を読出すようにしたが、２
つのサイン波ROMを設け、その一方のROMに
は上記累算器３からのデータを直接印加し、他方
のROMには上記加算器４の出力を印加し、その
結果双方のROMから出力されるデータを加算器
で加算し出力するようにすれば、時分割処理を行
わずとも上記２つの波形を読出すことは可能であ
る。

また、上記実施例では、2⁶（＝64）サンプル点
に分割して正弦波を記憶させたが、一般に2ⁿサン
プル点に分割して正弦波を記憶させた場合、上記
サイン波ROM７から読出される第１、第２の波
形は sin2πａ／2ⁿ ……式(5) sin2πａ＋ｂ／2ⁿ ……式(6) となり、合成波形は 2sinπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）cosπ／2^n-1・ｂ／２
……式(7) となる。

更に、上記実施例では２つの正弦波を加算して
合成波形を得るようにしたが減算して合成波形を
得るようにすることも出来る。即ち、その場合、
合成波形は ±sin2πａ／2ⁿ―sin2πａ＋ｂ／2ⁿ） ＝〓2cosπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1 ｂ／
２ ……式(8) となる（復号同順、以下同様）。従つ、この場合、
エンベロープ制御値は 〓2sinπ／2^n-1・ｂ／２ ……式(9) である。

また、同様にして、２つの余弦波の加算または
減算により合成波形を得ることが出来る。即ち、
その場合の算出式は次のようになる。

cos2π２／2ⁿ＋cos2πａ＋ｂ／2ⁿ ＝2cosπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）cosπ／2^n-1 ｂ／２ ……式(10) ±（cos2πａ／2ⁿ−cos2πａ＋ｂ／2ⁿ） ＝±2sinπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1 ｂ／
２ ……(11) なお、上式(10)にて、エンベロープ制御値は 2cosπ／2^n-1 ｂ／２ ……(12) 上式(10)にて、エンベロープ制御値は ±2sinπ／2^n-1 ｂ／２ ……式（13） である。

加えて、上記実施例では、サイン波ROM７に
正弦波の波形を一周期にわたつて記憶させるよう
にしたが、例えば1/4波形を記憶しておき、それ
をアクセスする場合に、折返して読出しを行つた
り、あるいは出力波形の符号を反転したりするこ
とにより、波形一周期分のデータを得ることも出
来る。

また、上記実施例に於ては、演奏キーの操作に
応じて当該音階周波数の正弦波、即ち基本波を得
るようにして説明したが、高次の正弦波即ち倍音
波を同様して得る場合は、上記周波数情報変換
ROM２からの出力を所定ビツトシフトする等し
て累算器３に供給するようにすれば、サイン波
ROM７から読出される波形は高次の正弦波とな
る。従つて、基本波及び所定次数の倍音波を独立
した複数の回路で上記実施例と同様にして得、そ
れを合成して最終出力を得るようにすることも出
来る。更には、上記第１図に示す回路構成のもの
を時分割処理を行えるようにして、１個のサイン
波ROM７、加算器４、その他の回路を共用し
て、基本波及び倍音波を得るようにすることも出
来、それを最終的に合成することにより、１つの
楽音を形成することも出来る。

加えてまた、上記実施例は１つの演奏キーに対
する１つの楽音を出力するものでああつたが、複
数の演奏キーに対応する楽音を出力する、即ち和
音演奏を可能とするには、上記第１図に示す回路
構成のものを複数個設けて、各回路に操作された
演奏キーを割当てて、独立的に楽音を出力するよ
うにしても良く、更には、上記第１図に示す回路
構成のものを時分割駆動することにより、１個の
サイン波ROM７、加算器４、その他の回路を共
用して、複数楽音を得ることも出来る。

従つて、１個のサイン波ROM７、加算器４、
その他の回路を共用して、異なる音階周波数の楽
音を複数個、しかも各楽音は基本波及び複数の倍
音より成るものを、時分割処理して得ることが出
来る。

更にまた、上記実施例では、サイン波ROM７
をアドレス指定する場合、音階周波数に応じた位
相角で順次ステツプしながら行なつたが、（音階
周波数）×（サンプル点の数）の値の周波数をもつ
サンプリングクロツクを生成し、このサンプリン
グクロツクに基づき順次上記サイン波ROM７を
アクセスするようにしても、同様の音階周波数を
もつ正弦波形が得られるものである。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形応用可能である。

この発明は以上詳細に説明したように、予め波
形メモリに記憶された正弦波あるいは余弦波を音
階周波数に応じて読出し、楽音を生成する電子楽
器に於て、波形変化のタイミングを決定するクロ
ツクを発生するクロツク発生手段と、出力すべき
音階周波数に対応する周波数データを発生する周
波数データ発生手段と、この周波数データ発生手
段が発生する上記周波数データを上記クロツク発
生手段の上記クツクの発生に同期して繰り返し累
算することにより上記音階周波数に対応するレー
トで変化する第１の変化情報を出力する第１の変
化情報出力手段と、時間とともに変化するエンベ
ロープを表現する第２の変化情報を出力する第２
の変化情報出力手段と、上記クロツク発生手段が
発生する上記クロツクの発生間隔の間に、上記第
１の変化情報と上記第２の変化情報とから、上記
第２変化情報の値だけ差がある２つのアドレス情
報を時分割的に発生するアドレス情報発生手段
と、このアドレス情報発生手段から発生される上
記２つのアドレス情報が上記波形メモリに与えら
れることにより上記クロツク発生手段が発生する
上記クロツクの発生間隔の間に、上記正弦波ある
いは余弦波が上記第１の変化情報にて指定される
周波数をもち、上記第２の変化情報にて指定され
る位相の差がある２つの波形として読出されて供
給され、この２つの波形を合成して、上記クロツ
ク発生手段が発生する上記クロツクの発生に同期
して、エンベロープ制御された合成波形を出力す
る合成手段と、を具備し、上記第２の変化情報に
従つて上記２つの波形の位相が時間的に変化する
ことによつて上記正弦波あるいは余弦波に対して
エンベロープ制御を行うようにしたので、クロツ
クの発生に同期してリアルタイムで正弦波あるい
は余弦波に対しエンベロープ制御を行うことが、
乗算器どの複雑な構成を必要とすることなく実現
できるようになり、特に、ハードウエアの小規模
化を図る上で有効である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本実
施例の要部を示す回路構成図、第２図は第１図の
サイン波ROMに記憶されたデータを示す図、第
３図は第１図の回路を駆動する為のクロツクパル
スとその時分割動作状態を示す図、第４Ａ図乃至
第４Ｃ図は、波形メモリから位相が異なつて読出
された２つの波形とその波形を合成してエンベロ
ープ制御がなされた波形とを示す図である。 １……キーボード、２……周波数情報変換
ROM、３……累算器、４……加算器、５……エ
ンベロープ情報発生回路、６₀〜６₅……アンドゲ
ート、７……サイン波ROM、８……累算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め波形メモリに記憶された正弦波あるいは
   余弦波を音階周波数に応じて読出し、楽音を生成
   する電子楽器に於て、 波形変化のタイミングを決定するクロツクを発
   生するクロツク発生手段と、 出力すべき音階周波数に対応する周波数データ
   を発生する周波数データ発生手段と、 この周波数データ発生手段が発生する上記周波
   数データを上記クロツク発生手段の上記クロツク
   の発生に同期して繰り返し累算することにより上
   記音階周波数に対応するレートで変化する第１の
   変化情報を出力する第１の変化情報出力手段と、 時間とともに変化するエンベロープを表現する
   第２の変化情報を出力する第２の変化情報出力手
   段と、 上記クロツク発生手段が発生する上記クロツク
   の発生間隔の間に、上記第１の変化情報と上記第
   ２の変化情報とから、上記第２の変化情報の値だ
   け差がある２つのアドレス情報を時分割的に発生
   するアドレス情報発生手段と、 このアドレス情報発生手段から発生される上記
   ２つのアドレス情報が上記波形メモリに与えられ
   ることにより上記クロツク発生手段が発生する上
   記クロツクの発生間隔の間に、上記正弦波あるい
   は余弦波が上記第１の変化情報にて指定される周
   波数をもち、上記第２の変化情報にて指定される
   位相の差がある２つの波形として読出されて供給
   され、この２つの波形を合成して、上記クロツク
   発生手段が発生する上記クロツクの発生に同期し
   て、エンベロープ制御された合成波形を出力する
   合成手段と、 を具備し、上記第２の変化情報に従つて上記２つ
   の波形の位相が時間的に変化することによつて上
   記正弦波あるいは余弦波に対してエンベロープ制
   御を行うことを特徴とする電子楽器のエンベロー
   プ制御装置。 ２ 上記波形メモリから上記２つの波形のうちの
   第１の波形として、 sin 2π（ａ／2ⁿ） が読出され、第２の波形として、 sin 2π（ａ＋ｂ／2ⁿ） が読み出され（但し、2ⁿは上記波形メモリのサン
   プル点の総数を表わし、ａは上記第１の変化情報
   に対応して上記第１の波形の読み出すべきサンプ
   ル点の番号を表わし、ｂは上記第２の変化情報に
   対応して上記２つの波形の位相の相違量を表わ
   す。）、 上記合成手段は、上記第１の波形と上記第２の
   波形とを加算合成して、上記合成波形として、 2sinπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）cosπ／2^n-1・ｂ／２ を出力するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子楽器のエンベロープ制御
   装置。 ３ 上記波形メモリから上記２つの波形のうちの
   第１の波形として、 sin 2π（ａ／2ⁿ） が読み出され、第２の波形として sin 2π（ａ＋ｂ／2ⁿ） が読み出され（但し、2ⁿは上記波形メモリのサン
   プル点の総数を表わし、ａは上記第１の変化情報
   に対応して上記第１の波形の読み出すべきサンプ
   ル点の番号を表わし、ｂは上記第２の変化情報に
   対応して上記２つの波形の位相の相違量を表わ
   す。）、 上記合成手段は、上記第１の波形と上記第２の
   波形とを減算合成して、上記合成波形として、 ―2cosπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1・ｂ／２ま
   たは 2cosπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1・ｂ／２ を出力するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子楽器のエンベロープ制御
   装置。 ４ 上記波形メモリから上記２つの波形のうちの
   第１の波形として、 cos 2π（ａ／2ⁿ） が読み出され、上記第２の波形として cos 2π（ａ＋ｂ／2ⁿ） が読み出され（但し、2ⁿは上記波形メモリのサン
   プル点の総数を表わし、ａは上記第１の変化情報
   に対応して上記第１の波形の読み出すべきサンプ
   ル点の番号を表わし、ｂは上記第２の変化情報に
   対応して上記２つの波形の位相の相違量を表わ
   す。）、 上記合成手段は、上記第１の波形と上記第２の
   波形とを加算合成して、上記合成波形として、 2cosπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）cosπ／2^n-1・ｂ／２ を出力するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子楽器のエンベロープ制御
   装置。 ５ 上記波形メモリから上記２つの波形のうちの
   第１の波形として、 cos 2π（ａ／2ⁿ） が読み出され、上記第２の波形として cos 2π（ａ＋ｂ／2ⁿ） が読み出され（但し、2ⁿは上記波形メモリのサン
   プル点の総数を表わし、ａは上記第１の変化情報
   に対応して上記第１の波形の読み出すべきサンプ
   ル点の番号を表わし、ｂは上記第２の変化情報に
   対応して上記２つの波形の位相の相違量を表わ
   す。）、 上記合成手段は、上記第１の波形と上記第２の
   波形とを減算合成して、上記合成波形として、 2sinπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1・ｂ／２ま
   たは ―2sinπ／2^n-1（ａ＋ｂ／２）sinπ／2^n-1・ｂ／２ を出力するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子楽器のエンベロープ制御
   装置。