JPH0285895A - 電子楽器の楽音波形合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業−にの利川分野］ この発明は電子楽器の楽音発生回路において楽音波形を
生成するための電子楽器の楽音波形合成袋δに関する。

［従来の技術と発明が解決すべき課題］従来の電子楽器
の楽音波形合成装置としては、実際の楽音波形を所定時
間サンプリングしたＰＣＭなどのデジタル表現の波形を
記憶手段から読出して楽音を波形生成するＰＣＭ合成方
式、楽音の基音をなす基本の波形であるＩＦ弦波波形に
対して、基音の倍音（高調波）をなす正弦波波形を任意
の割合で加えていくことにより楽音波形を生成する正弦
波合成方式、あるいは、予めメモリした正弦波波形を記
憶手段から読出す際の読出し位相角を歪ませることによ
って、つまり非線形に読出すことによって高調波成分を
有する信号波形を得ることにより楽音波形の生成するＰ
Ｄ（フェイズデイスト−ジョン）方式のような非線形合
成方式などが知られている。

しかしながらＰＣＭ合成方式では、楽音波形の記録時間
が長く、かつ、サンプリング周波数も高くなければ高品
質の楽音波形を生成することが難かしく、高品質の楽音
波形を得るためにはいずれの場合も記憶手段の容量を大
きくする必要があり、コストが高くなるという問題があ
る。正弦波合成方式では、倍音加算方式であるため、高
次の倍音波形を加算処理するのに時間を要し、リアルタ
イムの演算処理では７〜８次の倍音程度の波形の加算処
理しか不可能であり、複雑な波形を持つ楽音を再現する
ことは難かしいという問題がある。また、非線形合成方
式では、時間の経過とともに高調波成分が変化するよう
な楽音波形を生成することは難かしく、このような楽音
を忠実に再現するには回路構成が大きく複雑化するとい
う問題点がある。

［発明の目的］ このような課題を解決するためにこの発明はなされたも
のであり、簡単な回路構成によって、自然楽器音に近い
リアルな楽音波形の生成が可能となる電子楽器の楽音波
形合成装置を得ることを目的とする。

［発明の要点］ この発明は、上記のようなＩＩ的を達成するために、第
１の記憶手段から第１のサンプリング周波数にて少なく
とも１周期からなる第１の楽音波形を読出し、第２の記
憶手段から第１のサンプリング周波数より低い周波数の
第２のサンプリング周波数にて読出した楽音の一部また
は全部の楽音波形に基づいて第２の楽音波形生成手段に
よって第２の楽音波形を生成し、その第２の楽音波形の
サンプリング周波数をサンプリング周波数変換手段にて
第１のサンプリング周波数に変換し、演算手段によって
第１の楽音波形とサンプリング周波数変換手段を経た第
２の楽音波形とを選択信号に基づいて組合せて演算する
ことにより所望の楽音波形を得るようにしたことを要点
とする。

［実施例］ 以ド、図面を参照しながらこの発明の実施例について述
べる。

く構　成〉 第１図はこの発明の実施例に係る電子楽器の全体回路構
成図である。１盤ｌとスイッチ部２のオン・オフ状態は
、マイクロコンピュータの中央処理装置であるＣＰＵ３
によりモニターされ、キーオン／キーオフ、音色選択な
どの状態が検出される。

ＣＰＵ３にはバスＢを介してＲＯＭ４、ＲＡＭ５が接続
されており、このＲＯＭ４には、ＣＰＵ３がこの電子楽
器の回路全体を制御するためのプログラムがメモリされ
ている他、この電子楽器が発；（する楽音の音色を規定
する音色パラメータなどがｐめメモリされている。また
、このＲＡＭ５は、ＣＰＵ３がト記ルＩ御を行う際に、
演算結果などを一時的にストアするために必要な各種レ
ジスタを含んでいる。

ＣＰＵ３はこのＲＯＭ４、ＲＡＭ５を用いて、発汗制御
データ、音色制御データなどを生成して音源ＬＳＩなど
から成る楽音発生回路６の楽音生成を制御する。生成さ
れた楽１″ｉ信号はＤＡＣ（デジタルアナログコンバー
タ）でアナログ信号に変換され、アンプ８で増幅され、
スピーカ９を経て楽音として放音される。

第２図は、第１図における楽音発生回路６の具体的内容
を示す回路構成図である。演算波形合成回路１０は、前
述した正弦波合成方式または非線形合成方式など＠算合
成によって楽音生成を行うものであり、そのサンプリン
グ周波数を仮りに２　ｆｓ　＝　２／Ｔ　（Ｔは周期）
とすると、その出力データｆ　（ｔ）は。

演算波形合成回路１０が正弦波合成方式の場合は、内蔵
されたＲＯＭから基本となる波形としての正弦波波形の
データを読出すことによりｆ　（ｔ）　＝ΣＡｎ　ｓｉ
ｎ　ωｏｔ　　　　　　　（１）なる式で表わされる（
ここでｎは整数、ｔは時間、Ａは振幅を表わす）、また
、非線形合成方式の場合において、 一般的な非線形合成方式では、出力データｆ（１）は ｆ　（ｔ）　＝Ｆ　（Ａｓｉｎ　ωｔ　）　　　　　　
　（２）ＦＭ変調方式では、出力データｆ　（ｔ）はｆ
　（ｔ）　＝Ａｏｓｉｎ（ωｏｔ＋Ａ＋ｓｉｎω＊ｔ）
　　（３）その他の非線形合成方式では、出力データｆ
（１）は ｆ（ｔ）＝Ａｏｇｉｎ（Ａ＋ｓｉｎ　ωｌｔ＋Ａ７ｓｉ
ｎ　ω２ｔ）　　（４）となる、ここで非線形合成方式
の場合は、周知のように、高次倍音を含む出力を出すこ
とが比較的容易であるため、折り返し歪をノイズとして
耳に聞き取れない程度に押えるためには、サンプリング
周波数を充分高く設定して可聴周波数域に影響しないよ
うにする必要がある。そこで、いまサンプリング周波数
２ｆｓの両側波帯域の下限を４０Ｋ　Ｈｚ　〜５０　Ｋ
　ＨＺ程度と設定する。

ＰＣＭ波形合成回路１１は、ＣＰＵ３のバスＢからの制
御データに基づいて、ＰＣＭ波形メモリ１２にメモリさ
れたＰＣＭ波形データ（実際の楽器ａなどをＰＣＭ記録
したデジタル表現の波形データ）を、鍵ｆｆ１ｌの操作
によって与えられる音高データに応じて読出すことによ
り、その音高データにノ、（づ〈周波数（ピッチ）の出
力データｇ（１）を生成するものである。ここで、サン
プリング周波数は、前述した演算波形合成回路１０にお
けるサンプリング周波数２ｆｓ　より低い周波数に設定
されるが、この実施例では簡単のため２ｆｓの半分の高
さのｆｓ−１／Ｔとする。つまり、ｆｓ（７）値は２０
ＫＨｚ　〜５０ＫＨｚ程度となる。したがってＰＣＭ波
形メモリ１２に予め記録されておくＰＣＭ波形の帯域は
２０ＫＨｚの半分のＬＯＫＨｚ前後となるが、メモリと
しての記憶容量は、４０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚのサンプリ
ング周波数で記録した場合の半分で済む、しかしながら
、記録できるＰＣＭ波形の周波数帯域が不足することに
なるので、ＰＣＭ波形合成回路１１よりの出力データｇ
　（ｔ）を、前述した演算波形合成回路ｌＯにおいて、
基本の波形と組合せることによって周波数帯域の不足を
補うことができる。

サンプリング周波数変換回路１３は、ＰＣＭ波形合成回
路１１においてサンプリングされた出力データｇ　（ｔ
）のサンプリング周波数をより高い周波数に変換するａ
１＠（補間機ｔｒｔ）を有するものであり、この実施例
では、サンプリング周波数ｆｓの周波数値を２ｆｓ、つ
まり演算波形合成回路１０におけるサンプリング周波数
に変換する。

サンプリング周波数変換回路１３の出力データｇ′（ｔ
）は、前述した演算波形合成回路１０において読出され
た出力データｆ　（ｔ）と選択的に組合されて演算がな
される。

第３図は第２図に示した演算波形合成回路１０の詳細な
内容を示す演算波形合成回路構成図である。第３図にお
いて、インターフェース１４はＣＰＵ３からバスＢを経
て付与される制御命令に応じて、インターフェース１４
に接続されたエンベロープ生成回路１５、位相角生成回
路１６に対するスタート／ストップ信号あるいは発生す
べき周波数の制御信号を生成する。よってエンベロープ
生成回路１５は所望のエンベロープ信号Ｅを発生し、位
相角生成回路１６は所望周波数（ピッチ）の位相角信号
ωｔを生成し、加算器１７の入力とする。

ゲート回路１８は第２図に示したサンプリング周波数変
換回路１３よりの出力データｇ’（ｔ）を出力したり、
しなかったりの開閉制御を行い、その出力データｇ’（
ｔ）は加算器１７に加えられる０選択回路１９は加算器
１７の出力またはゲート回路１８の出力のいずれかを選
択して出力する回路であり、その選択出力は基本波形メ
モリ２０のアドレス信号として付与される。

基本波形メモリ２０には１例えば正弦波などの基本の波
形がメモリされており、その読出された出力データｆ　
（ｔ）は、乗算器２１によってエンベロープ生成回路１
５よりのエンベロープ信号Ｅと乗算される。ゲート回路
２２は、サンプリング周波数変換回路１３から出力され
る出力データｇ′　（ｔ）を制御するものであり、その
出力データｇ’（ｔ）は乗算器２３に加えられて乗算器
２１よりの出力波形Ｅ−ｆ（ｔ）と乗算されて、出力波
形Ｅ−ｆ（ｔ）を振幅変調する。この乗算器２３からの
出力波形ｈ　（ｔ）は楽７ｘ、発生回路６の楽ｒｆ波形
出力としてＤＡＣ７に加えられて、アンプ８、スピーカ
９を経て、この電子楽器の楽音として放１゛テされる。

このように第３図に示した演算波形合成回路１０は、例
えば３種類の制御信号ａ、ｂ、ｃによって、基本の波形
ｆ　（ｔ）とＰＣＭ波形データｇ’（ｔ）との複数種類
の選択的な組合せによる演算を行うものであり、基本の
波形ｆ　（ｔ）を正弦波波形ｆ（ｔ）＝ｓｉｎωｔとす
ると次の式（５）〜式（１０）で示すような楽）ｆ波形
出力ｈ　（Ｂが演算出力される。ここで、制御信号ａ、
ｂ、ｃは、例えばこの電子楽器における楽ｆｆの音色を
選択する７７色選択スイッチのオン・オフ動作と連動さ
せてＣＰＵ３より出力される０かｌかのデジタルデータ
である。

制御信号ａ＝０、ｂ＝ｏ、ｃ＝Ｉ；ｈ（ｔ）＝Ｅｓｉｎ
　ωｔ　　　　　（５）／／　　　ａＪ、ｂ＝０．ｃ＝
０；ｈ（ｔ）＝Ｅｓｉｎ　０１ｇ　（ｔ）　　（Ｅｌ）
ｔｔ　　　　ａ＝１．ｂ＝０．ｃｓｌ；ｈ（Ｌ）−Ｅｇ
ｉｎ（ωｔ＋　ｇ　　（ｔ））ｔｔ　　　ａ＝１．ｂ−
１，ｃ−１；ｈ（ｔ）＝Ｅｓｉｎ（ｇ　（Ｄ）　　　　
（８）ｔｔ　　　　ａ−１，ｂ＝０、ｃ−０；ｈ（ｔ）
４ｓｉｎ（ωｔ＋　ｇ　（ｔ））−ｇ　（ｔ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（９）ｔｔ　　　ａ＝１
．ｂ＝１．ｃ＝０；ｈ（ｔ）＝Ｅｓｉｎ（ｇ　（ｔ））
・ｉ　（ｔ）ここで式（５）の場合は、ＰＣＭ波形は不
使用で、基本の波形のみが用いられ１式（６）の場合は
基本の波形がＰＣＭ波形によって振幅変調されたもので
ある。また、上記各式から明らかなように元の出力デー
タｇ　（ｔ）の周波数帯域が狭くても、これらの演算に
よって広い帯域の楽音波形が得られる。さらに、これら
の演算では、元の出力データｇ　（ｔ）のスペクトルの
特徴を残すことができるので、ＰＣＭ波形メモリにメモ
リしたＰＣＭ原波形の音色の特徴を残したまま、高調波
成分を多く含む楽音波形が得られるものである。

く動　作〉 次に−１−記構酸の実施例についてその動作を述べる。

第４図は楽音波形スペクトル図であり、第４図（ａ）〜
第４図（ｄ）のいずれにおいても、横軸は角周波数、縦
軸はレベルを表わす、第４図（ａ）はＰＣＭ波形メモリ
１２にメモリされた原７ｒ、波形の原！キスベクトルを
示すものであり、サンプリング周波数がｆＳであるため
、折り返し歪が発生しないように帯域がｆｓ　／２に制
限されている。

第４図（ｂ）はサンプリング周波数ｆＳ　でサンプリン
グされてＰＣＭ波形合成回路１１から出力される出力デ
ータｇ　（ｔ）のスペクトルを示すものである。

第４図（ｃ）は前述した出力データｇ′（ｔ）のスペク
トルを示すものであり、この出力データｇ′　（ｔ）は
、サンプリング周波数ｆｓでサンプリングされた出力デ
ータｇ　（ｔ）のサンプリング周波数ｆｓ　を、理想的
なフィルタであるサンプリング周波数変換回路１３にて
２倍の周波数のサンプリング周波数２ｆｓ　に変換して
得たものである。ここでは、第４図（ｂ）と比較すると
解るよベクトルが完全に除去されている。

また、第４図（ｄ）は演算波形合成回路１０からの合成
された出力データｆ　（ｔ）のスペクトルを示すもので
あるが、サンプリング周波数２ｆｓ（＝２／Ｔ）によっ
て演算されているため、スペクトルは、ＰＣＭ波形合成
回路１１からの出力データｇ　（ｔ）に比較して２倍の
帯域幅を有している。

このように演算波形合成回路１０においては、第４図（
Ｃ）に示されるスペクトルを持つ出力データｇ’（ｔ）
と基本の波形ｆ　（ｔ）とを式（１）〜式（６）のよう
に選択的に組合せて演算することによって第４図（ｄ）
に示されるスペクトルを持つ合成出力波形、ｈ（Ｂを所
望の楽音波形データとして生成するのである。

第５図は、サンプリング周波数変換回路１３の其体的な
構成の＝−例を示すものであり、このサンプリング周波
数変換回路１３は、出力データｇ（１）のサンプリング
周波数をより高い周波数に変換するため（補間するため
）の最も簡単な一次補間フィルタとして機能する。すな
わち、先に第２図にて示したＰＣＭ波形合成回路１１か
らの出力データｇ　（ｔ）は加算器２５にて、遅延回路
２６を経た出力データｇ（ｔ）−ｌと加算され、その加
算器２５の出力はｌ／２乗算器２７を経て出力データｇ
’（ｔ）として出力される。このような動作により、Ｐ
ＣＭ波形合成回路１１からの出力データｇ　（ｔ）は、
第４図（ｂ）に示されるようには完全にΩ＝２π／Ｔの
まわりのスペクトルを除去することはできないが、この
出力データｇ′　（ｔ）を所望の楽音波形を得る際に、
アタック部分などの複雑な立上り波形を得るために用い
るのであれば問題はない。

なお、第４図（Ｃ）に示すように、完全にΩ＝２π／Ｔ
のまわりのスペクトルを除去するためには、補間フィル
タの次数を上げればよいのである。

さらに、この実施例では、筒中のため、ＰＣＭ波形合成
回路１１におけるサンプリング周波数と演算波形合成回
路ｌＯにおけるサンプリング周波数との周波数の比をｌ
；２としたが、有理数比であればサンプリング周波数変
換回路としての補間フィルタを実現することは可能であ
るので、ｌ：２に限定されるものではない。

また演算波形合成回路ｌＯにおいては、楽音波形ｆ　（
ｔ）としては、正弦波に限定されるものではなく、矩形
波あるいは′ｊｊＡ南状波などの楽音波形を用いるよう
にしてもよい。

さらにまた、楽音のＰＣＭ波形を読出して合成すること
に限られず、楽音波形のデジタル表現は、ＰＣＭ以外の
ＤＰＣＭ、ＡＤＰＣＭその他の各種符号化によるもので
もよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明によれば、繰返して読出し
た楽音波形に基づいて生成する第１の楽音波形生成手段
の回路構成を小さくでき、また。

第２のサンプリング周波数を低くしたため第２の記憶手
段の記憶容量は小さくて済む、さらに、第２の記憶手段
から読出した楽音波形の帯域が狭くても、演算丁１段に
て広い帯域の楽音が生成されるとともに、演算手段によ
る演算では、第２の楽音波形のン：ｆ色の特徴を残した
ままの演算が可能であり、高次高調波を多く含む楽音波
形を生成することができて、簡単な構成で自然楽器の楽
音に近いリアルな楽音波形の生成が可俺な電子楽器の楽
音波形合成装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る電子楽器の全体回路構
成図、第２図は第１図における楽音発生回路の構成図、
第３図は第２図における演算波形合成回路構成図、第４
図はこの発明の実施例を説ＩＮ＋するための楽音波形ス
ペクトル図、第５図は同じくサンプリング周波数変換回
路構成図である。 ３・・・・・・ＣＰＵ、６・・・・・・楽音発生回路、
１０・・・・・・演算波形合成回路、１１・・・・・・
ＰＣＭ波形合成回路、１２・・・・・・ＰＣＭ波形メモ
リ、１３・・・・・・サンプリング周波数変換回路、１
４・・・・・・演算回路。 特 許 出 願 人 カシオ計算機株式会社 Ｇａ（ｉＡ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）繰返し読出すための楽音波形を第１のサンプリン
   グ周波数にて読出し可能に記憶する第１の記憶手段と、 楽音の一部または全部の楽音波形を記憶する第２の記憶
   手段と、 この第２の記憶手段から前記第１のサンプリング周波数
   より低い周波数の第２のサンプリング周波数にて読出し
   た前記楽音の一部または全部の楽音波形に基づいて、第
   ２の楽音波形を生成する第２の楽音波形生成手段と、 前記第２の楽音波形を入力し、この第２の楽音波形のサ
   ンプリング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変
   換するサンプリング周波数変換手段と、 楽音波形を生成するための組合せ演算を指定する演算制
   御データを発生する制御データ発生手段と、 前記演算制御データに基づいて前記第１の記憶手段より
   前記第１のサンプリング周波数にて読出した前記第１の
   楽音波形と前記サンプリング周波数変換手段を経た前記
   第２の楽音波形とを選択的に組合せて演算することによ
   り所望の楽音波形を得る演算手段と、 を備えたことを特徴とする電子楽器の楽音波形合成装置
   。
2. （２）前記演算手段は、発生させるべき楽音の音色を選
   択する音色選択手段の動作と連動して出力される制御信
   号にて、前記第１の楽音波形と前記第２の楽音波形とを
   選択的に組合せて演算するものであることを特徴とする
   請求項（１）記載の電子楽器の楽音波形合成装置。