JPH0311477B2 - - Google Patents

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JPH0311477B2
JPH0311477B2 JP58218412A JP21841283A JPH0311477B2 JP H0311477 B2 JPH0311477 B2 JP H0311477B2 JP 58218412 A JP58218412 A JP 58218412A JP 21841283 A JP21841283 A JP 21841283A JP H0311477 B2 JPH0311477 B2 JP H0311477B2
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JP
Japan
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waveform
circuit
musical
musical sound
interpolation
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JP58218412A
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Japanese (ja)
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Yoichi Nagashima
Tatsunori Kondo
Kyomi Takauji
Mineo Kitamura
Tadashi Matsushima
Eiji Nagashima
Masafumi Mizoguchi
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Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
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Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、楽音波形の各サンプル点の波形振幅
値をフーリエ合成によつて個々に計算して楽音波
形を形成する方式の電子楽器において、離散的な
時間的代表点において演算・合成された楽音波形
をより微小な時間間隔で補間演算することで、少
ない波形合成演算量で有効に楽音波形を時間的に
変化させるようにした電子楽器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention provides an electronic musical instrument in which a musical sound waveform is formed by individually calculating the waveform amplitude value of each sample point of the musical sound waveform by Fourier synthesis. An electronic musical instrument that effectively temporally changes a musical sound waveform with a small amount of waveform synthesis calculations by performing interpolation calculations on musical sound waveforms calculated and synthesized at discrete temporal representative points at minute time intervals. .

(2) 従来技術と問題点 従来、デイジタル方式の電子楽器においては、
楽音波形の各サンプル点の波形振幅値を何らかの
方法で発生し、これを音高周波数に対応した読み
出しレートで読み出す方式のものが多く提案され
てきた。その最も単純な方法は波形データそのも
のを記憶して読み出すいわゆる「波形メモリ方
式」であり、アナログ入力をA/D変換して波形
データとする方式もこれに準ずる。しかし楽音波
形を音域に応じて変化させるためには膨大なメモ
リ容量を必要とする上に、楽音波形が時間的に変
化しない、等の欠点があつた。また各種の連続関
数を用いてパラメーターを計算したり、周波数変
調方式による実時間波形合成において楽音波形の
時間的変化を計算する方法も考えられたが、波形
発生のためのパラメーターと発生される楽音の音
色との対応が人間の感覚にとつて極めて不自然で
あり、所望の音色を得ることが困難であつた。
(2) Conventional technology and problems Conventionally, in digital electronic musical instruments,
Many methods have been proposed in which a waveform amplitude value at each sample point of a musical sound waveform is generated by some method, and this is read out at a readout rate corresponding to the pitch frequency. The simplest method is the so-called "waveform memory method" in which the waveform data itself is stored and read out, and a method in which analog input is A/D converted into waveform data also follows this method. However, in order to change the musical sound waveform according to the musical range, an enormous amount of memory is required, and the musical sound waveform does not change over time. In addition, methods have been considered to calculate parameters using various continuous functions, or to calculate temporal changes in musical waveforms in real-time waveform synthesis using frequency modulation methods. The correspondence with the timbre is extremely unnatural to human senses, and it has been difficult to obtain the desired timbre.

一方、フーリエ合成による楽音波形発生方式
は、高調波係数のパラメーターが聴覚的な音色評
価に自然に対応しているため、波形合成演算量が
多いという短所を補うための種々の改良とともに
広く採用されてきた。フーリエ合成による楽音波
形発生方式において楽音の音色を決定するのは高
調波係数の構成比であり、楽音波形を時間的に変
化させる方法については、複数のメモリを用いて
多くの高調波係数を選択する方法が考えられた
が、回路規模が膨大になる割に十分な音色変化が
得られない欠点があつた。また特公昭53−46445
号に記載されたような、設定された高調波係数と
「フオルマントフイルタ」を乗算する方式、およ
び特開昭57−172396号に記載されたような、時間
変化関数を高調波係数毎に乗算する方式において
は、いずれも高調波係数の乗算回路が必要である
上に楽音波形演算にも乗算累算演算を行うため
に、高次の高調波係数にわたつて個々の時間的変
化を演算することは回路規模・演算量・演算速度
等の面で限界があり、デイジタル方式の楽音波形
の時間的変化として十分でない欠点があつた。
On the other hand, the musical waveform generation method using Fourier synthesis has been widely adopted with various improvements to compensate for the drawback that it requires a large amount of waveform synthesis calculations because the harmonic coefficient parameters naturally correspond to auditory timbre evaluation. It's here. In the musical sound waveform generation method using Fourier synthesis, it is the composition ratio of harmonic coefficients that determines the timbre of a musical sound, and in order to change the musical sound waveform over time, multiple memories are used to select many harmonic coefficients. A method was considered to do this, but it had the disadvantage that it was not possible to obtain sufficient timbre change despite the enormous circuit scale. Also, special public service 53-46445
The method of multiplying a set harmonic coefficient by a "formant filter" as described in the issue, and the method of multiplying the set harmonic coefficient by a "formant filter", and the method of multiplying a time-varying function for each harmonic coefficient as described in JP-A-57-172396. All multiplication methods require a harmonic coefficient multiplication circuit, and in order to perform multiplication and accumulation operations in musical waveform calculations, individual temporal changes are calculated over higher-order harmonic coefficients. There are limits to what can be done in terms of circuit scale, amount of calculations, calculation speed, etc., and there is a drawback that it is not sufficient for changing the temporal sound waveform of a digital musical tone.

(3) 発明の構成および目的 本発明は上記のような点に鑑みてなされたもの
で、時間的に変化する楽音波形を演算・合成する
楽音波形発生回路の回路規模および演算速度を増
大させずに、より微小な時間間隔に対応した波形
補間値を求めるための補間回路と、前記波形補間
のための目標値および現在値を格納する記憶回路
を備えることを特徴とする。
(3) Structure and Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and it is possible to avoid increasing the circuit scale and calculation speed of a musical sound waveform generation circuit that calculates and synthesizes temporally changing musical sound waveforms. The present invention is characterized by comprising an interpolation circuit for obtaining a waveform interpolation value corresponding to a minute time interval, and a storage circuit for storing a target value and a current value for the waveform interpolation.

(4) 発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面とともに詳細に説
明する。
(4) Embodiments of the invention Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明による電子楽器の構成を説明
するための構成概念図であり、3は押鍵検出・発
音割当回路、4は高調波係数回路、5は波形発生
回路、6は波形記憶回路、7は音高周波数回路、
8はD/A変換回路、9はエンベロープ回路であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of an electronic musical instrument according to the present invention, in which 3 is a key press detection/tone assignment circuit, 4 is a harmonic coefficient circuit, 5 is a waveform generation circuit, and 6 is a waveform memory. circuit, 7 is a pitch frequency circuit,
8 is a D/A conversion circuit, and 9 is an envelope circuit.

すなわち、押鍵検出・発音割当回路3において
は、鍵盤1および音色設定タブレツト2によつて
入力された音色情報・演奏情報に応じた制御信号
を各部分に供給する。高調波係数回路4において
は、押鍵検出・発音割当回路3からの音色情報に
応じて楽音波形合成演算のためのフーリエ高調波
係数を設定する。波形発生回路5においては、高
調波係数回路4からのフーリエ高調波係数によつ
て楽音波形を順次演算・合成して波形記憶回路6
に供給する。一方音高周波数回路7においては、
押鍵検出・発音割当回路3からの演奏情報によつ
て楽音周波数に対応した読み出し信号を発生し、
波形記憶回路6から楽音周波数に対応した楽音波
形を読み出す。またエンベロープ回路9において
は、押鍵検出・発音割当回路3からの演奏情報に
よつて個々の楽音の立上り・立下りやエンベロー
プ特性等の振幅変調データを設定する。(以上の
動作はデイジタル的に時分割動作させることで、
回路規模を節約することが可能である。)D/A
変換回路8においては、波形記憶回路6から音高
周波数回路7によつて読み出された楽音周波数に
対応した楽音波形をデイジタル−アナログ変換
し、エンベロープ回路9からの振幅変調データを
乗算し、アナログ信号出力を得る。D/A変換回
路8からのアナログ信号出力は効果回路、アン
プ、スピーカーを含むサウンドシステム10によ
つて音響に変換され、電子楽器の演奏音として発
音される。
That is, in the key press detection/sound generation assignment circuit 3, control signals corresponding to the tone color information and performance information inputted through the keyboard 1 and the tone color setting tablet 2 are supplied to each section. In the harmonic coefficient circuit 4, Fourier harmonic coefficients for musical sound waveform synthesis calculation are set in accordance with the timbre information from the key press detection/tone generation assignment circuit 3. In the waveform generation circuit 5, a musical sound waveform is sequentially calculated and synthesized using the Fourier harmonic coefficients from the harmonic coefficient circuit 4, and is stored in the waveform storage circuit 6.
supply to. On the other hand, in the pitch frequency circuit 7,
Generates a readout signal corresponding to the musical tone frequency based on the performance information from the key press detection/sound generation assignment circuit 3,
A musical sound waveform corresponding to the musical tone frequency is read out from the waveform storage circuit 6. In addition, in the envelope circuit 9, amplitude modulation data such as the rise and fall of individual musical tones and envelope characteristics are set based on the performance information from the key press detection and sound generation assignment circuit 3. (The above operations are performed digitally in time division,
It is possible to save circuit scale. )D/A
In the conversion circuit 8, the musical sound waveform corresponding to the musical tone frequency read out by the pitch frequency circuit 7 from the waveform storage circuit 6 is digital-to-analog converted, multiplied by the amplitude modulation data from the envelope circuit 9, and converted into an analog signal. Get signal output. The analog signal output from the D/A conversion circuit 8 is converted into sound by a sound system 10 including an effect circuit, an amplifier, and a speaker, and is produced as the sound of an electronic musical instrument.

第2図は、第1図に示す波形発生回路5に設け
られる、本発明にかかる楽音波形合成演算処理部
分を説明するための具体的構成例である。第2図
において、11はフーリエ合成演算を行う演算回
路、12はフーリエ合成演算のための三角関数デ
ータを発生するサイン関数発生回路、13は演算
回路11の演算結果である楽音波形データを補間
演算の目標値として一時記憶する目標値メモリ回
路、14は読み出される楽音波形データが現在値
を表わす現在値メモリ回路、15は目標値メモリ
回路13および現在値メモリ回路14の楽音波形
データによつて補間演算された楽音波形データを
得る波形補間回路、16は波形発生回路5内の時
分割タイミングおよび全体の回路との動作タイミ
ングを制御するタイミング回路、17は波形補間
回路15の出力楽音波形データを現在値メモリ回
路14に書き込む書き込み回路、18は現在値メ
モリ回路14の楽音波形データを読み出して最終
的に波形記憶回路6に供給する読み出し回路であ
る。
FIG. 2 shows a specific configuration example for explaining the musical sound waveform synthesis calculation processing section according to the present invention, which is provided in the waveform generation circuit 5 shown in FIG. In FIG. 2, 11 is an arithmetic circuit that performs a Fourier synthesis operation, 12 is a sine function generation circuit that generates trigonometric function data for the Fourier synthesis operation, and 13 is an interpolation operation for musical waveform data that is the arithmetic result of the arithmetic circuit 11. 14 is a current value memory circuit in which the musical sound waveform data to be read out represents the current value; 15 is an interpolation based on the musical waveform data of the target value memory circuit 13 and the current value memory circuit 14; A waveform interpolation circuit that obtains the calculated musical tone waveform data, 16 a timing circuit that controls the time division timing within the waveform generation circuit 5 and the operation timing with the entire circuit, and 17 a timing circuit that obtains the output musical tone waveform data of the waveform interpolation circuit 15. A write circuit 18 writes data into the value memory circuit 14, and a read circuit 18 reads out musical waveform data from the current value memory circuit 14 and finally supplies it to the waveform storage circuit 6.

第2図に示す具体的構成例について、波形発生
回路5で楽音波形が演算・合成されるまでの動作
を説明すると、一般に波形発生回路5において
は、 F(s)=Nn=1 Cn・sin(2πns/S) …(1)式 によつて楽音波形の振幅値が順次演算される。こ
こにnは高調波の次数、Nは高調波の最高次数、
sはサンプル点、Sは1周期のサンプル数、Cn
は高調波係数回路4で設定される高調波係数であ
る。楽音波形が一定である音色を合成する場合に
は(1)式で十分であつても、時間的に変化する楽音
波形を合成する場合には、このサンプリング定数
sとは別に時間的なパラメーターtを用いて、 F(s,t) =Nn=1 Cn(t)・sin(2πns/S) …(2)式 に従つて演算を行う必要がある。この演算は本質
的に非同期な演算パラメーター:s,tの変化の
度に必要になるため、回路規模と動作速度の限界
によつて倍音数を少なく限定したり、1周期に対
するサンプル点の精度を限定しなければならなか
つた。
Regarding the specific configuration example shown in FIG. 2, to explain the operation until the musical sound waveform is calculated and synthesized in the waveform generation circuit 5, generally, in the waveform generation circuit 5, F(s)= Nn=1 Cn・sin (2πns/S)...The amplitude values of the musical sound waveform are sequentially calculated by equation (1). where n is the harmonic order, N is the highest harmonic order,
s is the sample point, S is the number of samples in one period, Cn
is a harmonic coefficient set by the harmonic coefficient circuit 4. Although equation (1) is sufficient when synthesizing a tone with a constant musical sound waveform, when synthesizing a musical sound waveform that changes over time, a temporal parameter t is used in addition to this sampling constant s. F(s, t) = Nn=1 Cn(t)・sin(2πns/S)...It is necessary to perform calculation according to equation (2). This calculation is essentially asynchronous and is necessary every time the calculation parameters s and t change, so the number of overtones may be limited to a small number due to the limits of circuit scale and operating speed, or the precision of the sampling point for one cycle may be limited. I had to limit it.

第2図に示す、本発明にかかる楽音波形合成演
算処理部分を説明するための具体的構成例におい
ては、上記のような楽音波形合成演算を複数個の
時間的代表点においてのみ実行し、補間回路15
によつて前記複数個の時間的代表点よりも微小な
時間軸上の点に対応した複数個の波形の補間値を
得ることで、全体としては少ない波形合成演算量
で有効に楽音波形の時間的変化を実現する。この
動作を第4図に示す波形図を用いて説明すると、
第4図aは従来の波形補間方法で、時刻T1にお
けるサンプル値P1および時刻T2におけるサン
プル値P2を直線的に補間した値Q、さらに値R
1、値R2、…を求めて行くものである。この波
形補間方法は波形データのサンプル点の粗さを補
うためには有効であるが、楽音波形の時間的変化
に実時間的に追従するためには非常に高速の補間
演算が要求されるため、低次の補間がサンプリン
グノイズ除去の方式として多く用いられている。
第4図bは本発明における補間回路15の動作を
示したもので、現在の楽音波形L1および時間的
変化を代表するある時点での楽音波形L2に対し
て、同一のサンプル時点T3に対応したサンプル
値S1,S2を求め、これらサンプル値S1,S
2の補間演値として値R1、または値R2、また
は値R3、…を求めて行くものである。この第4
図aおよび第4図bの波形補間方法のちがいは、
前者がいわば時間軸上の補間としてサンプリング
速度に応じた高速で1種類の波形の2点間を補間
するのに対し、本発明による後者はいわば2種類
の波形のサンプル値の補間であり、時間的変化を
代表するある時点での楽音波形L2をサンプリン
グ間隔の数百倍程度の低速で設定できることであ
り、楽音波形の時間的変化を高精度で実現するた
めに非常に有効である。
In the specific configuration example shown in FIG. 2 for explaining the musical sound waveform synthesis calculation processing part according to the present invention, the musical sound waveform synthesis calculation as described above is executed only at a plurality of temporal representative points, and the interpolation circuit 15
By obtaining interpolated values of multiple waveforms corresponding to points on the time axis that are smaller than the multiple temporal representative points, the time of the musical waveform can be effectively calculated with a small amount of waveform synthesis calculations as a whole. Achieve positive change. This operation will be explained using the waveform diagram shown in Fig. 4.
FIG. 4a shows a conventional waveform interpolation method, in which a value Q obtained by linearly interpolating sample value P1 at time T1 and sample value P2 at time T2, and further a value R.
1, the value R2,... Although this waveform interpolation method is effective for compensating for the roughness of sample points in waveform data, very high-speed interpolation calculations are required to follow temporal changes in musical waveforms in real time. , low-order interpolation is often used as a sampling noise removal method.
FIG. 4b shows the operation of the interpolation circuit 15 according to the present invention, in which the current tone waveform L1 and the tone waveform L2 at a certain point in time representative of temporal changes correspond to the same sample time T3. Obtain sample values S1 and S2, and use these sample values S1 and S
The value R1, or the value R2, or the value R3, etc. is determined as the interpolation value of 2. This fourth
The difference between the waveform interpolation methods in Figure a and Figure 4B is as follows:
While the former interpolates between two points of one type of waveform at a high speed according to the sampling speed as interpolation on the time axis, the latter according to the present invention is so-called interpolation of sample values of two types of waveforms, and This allows the musical tone waveform L2 at a certain point in time, which is representative of a physical change, to be set at a slow speed of several hundred times the sampling interval, which is very effective for realizing temporal changes in musical tone waveforms with high precision.

第2図において、演算回路11では(2)式に従つ
て時刻tにおけるフーリエ波形合成演算が行なわ
れる。たとえば第5図aに示すような高調波係数
が高調波係数回路4から与えられると、サイン関
数発生回路12からの三角関数データによつて第
5図bのような波形信号F1(x)が得られ、目
標値メモリ回路13に転送される。次に、楽音波
形の時間的変化に応じた一定時間後、タイミング
回路16の制御によつてたとえば第6図aに示す
ような高調波係数が高調波係数回路4から与えら
れると、演算回路11からは第6図bのような波
形信号F2(x)が得られ、再び目標値メモリ回
路13に転送される。補間回路15においては、
現在値メモリ回路14の楽音波形データと前記目
標値メモリ回路14の楽音波形データとの間の補
間値を求める補間演算を行い、演算結果を再び現
在値メモリ回路14の楽音波形データとして格納
する。この動作を第7図に示す波形図を用いて説
明すると、一般に第7図aの波形Aと波形Eの間
を波形B、波形C、波形Dのように等間隔に補間
するためには、第7図aの波形Aのの楽音波形デ
ータと波形Eの楽音波形データのそれぞれに対応
した2種のメモリ回路が必要であり、さらに補間
演算結果の波形B、波形C、波形Dに対応した楽
音波形データを格納する第3のメモリ回路も必要
となる。しかし第2図の補間回路15において
は、第7図bの波形Aを現在値メモリ回路14の
楽音波形データとし、第7図bの波形Gを目標値
メモリ回路13の楽音波形データとした場合、1
回目の補間演算結果は第7図bの波形Bのように
なり、これが再び現在値メモリ回路14の楽音波
形として格納されるため、補間動作は2種のメモ
リ回路によつて行なわれる。2回目の補間演算に
おいては、第7図bの波形Bを現在値メモリ回路
14の楽音波形データとし、第7図bの波形Gを
目標値メモリ回路13の楽音波形データとするこ
とになり、補間演算結果は第7図bの波形Cのよ
うになり、これが再び現在値メモリ回路14の楽
音波形として格納される。以上の補間演算を(2)式
に従つて表現すると、一定時間ごとに演算合成さ
れる目標値メモリ回路13の楽音波形データは、 F1(s,t1) =Nn=1 Cn(t1)・sin(2πns/S) …(3)式 となり、一方現在値メモリ回路14の楽音波形デ
ータは、 F2(s,t) =Nn=1 Cn(t)・sin(2πns/S) …(4)式 と表現できる。ここでたとえば一定の漸近パラメ
ーター:Mを設定して、補間演算結果: IP(s,t)をあらわすと、 IP(s,t)=F2(s,t) +M・(F1(s,t1)−F2(s,t)) …(5)式 となる。これが次の補間演算におけるF2(s,t′)
になるので、波形補間演算を表す全体の漸化式と
しては、補間演算回路:kを用いて、 (F1(s,t1)−F2(s,t,k+1)) =M・(F1(s,t1)−F2(s,t,k))
…(6)式 となり、一定の漸近パラメーター:Mを O<M<1 …(7)式 とした場合の一般解は、 IP(s,t,k)=(F1(s,t1) ・(1−Mn-1) +IP(s,t,1)・Mn-1 …(8)式 となり、第7図bのように指数関数的に漸近補間
演算される。この動作に影響を与える条件として
は、漸近パラメーター:MをたとえばM=0.5(ま
たは2のn乗根)となるならば、第2図の補間回
路15においては2進シフト回路と簡単な加算回
路によつて特別に簡略に構成でき、一方補間のポ
イント数が多くなるに従つて補間演算結果は第7
図bの波形D、波形E、波形F、…のように得ら
れ、波形はよりなめらかに変化しているのがわか
る。また演算速度の点に注目してみると、演算回
路11の動作において楽音波形データが変化する
のは(2)式に従つてフーリエ波形合成演算が終了す
る毎の比較的長い時間間隔であれば良く、人間の
知覚識別能力から見て2〜3msecという十分な
演算時間を想定できる。一方、(2)式において高調
波係数Cn(t)を実時間的に変化させて高調波係
数回路4から供給する場合、サンプルポイント数
を限定しても波形発生回路5の演算時間は数μsec
程度しかなく、この速度の差は現実に回路を構成
する場合、非常に重大な影響を持つている。
In FIG. 2, the arithmetic circuit 11 performs Fourier waveform synthesis calculation at time t according to equation (2). For example, when a harmonic coefficient as shown in FIG. 5a is given from the harmonic coefficient circuit 4, a waveform signal F1(x) as shown in FIG. is obtained and transferred to the target value memory circuit 13. Next, after a certain period of time corresponding to the temporal change of the musical sound waveform, when a harmonic coefficient as shown in FIG. 6a is given from the harmonic coefficient circuit 4 under the control of the timing circuit 16, From this, a waveform signal F2(x) as shown in FIG. 6b is obtained and transferred to the target value memory circuit 13 again. In the interpolation circuit 15,
An interpolation operation is performed to obtain an interpolated value between the tone waveform data in the current value memory circuit 14 and the tone waveform data in the target value memory circuit 14, and the operation result is stored again as tone waveform data in the current value memory circuit 14. This operation will be explained using the waveform diagram shown in FIG. 7. In general, in order to interpolate at equal intervals between waveform A and waveform E in FIG. 7a as waveform B, waveform C, and waveform D, Two types of memory circuits are required, each corresponding to the musical waveform data of waveform A and the musical waveform data of waveform E in FIG. A third memory circuit for storing musical waveform data is also required. However, in the interpolation circuit 15 in FIG. 2, when the waveform A in FIG. 7b is used as musical waveform data in the current value memory circuit 14, and the waveform G in FIG. ,1
The result of the interpolation operation for the second time is waveform B in FIG. 7b, and this is stored again as a musical waveform in the current value memory circuit 14, so that the interpolation operation is performed by two types of memory circuits. In the second interpolation calculation, waveform B in FIG. 7b is used as musical waveform data in the current value memory circuit 14, and waveform G in FIG. 7b is used as musical waveform data in the target value memory circuit 13. The interpolation result becomes a waveform C shown in FIG. 7b, which is again stored as a musical tone waveform in the current value memory circuit 14. Expressing the above interpolation calculation according to equation (2), the musical waveform data of the target value memory circuit 13 that is calculated and synthesized at regular intervals is F1 (s, t1) = Nn=1 Cn (t1)・sin(2πns/S)...Equation (3) is obtained, and the musical waveform data of the current value memory circuit 14 is F2(s, t) = Nn=1 Cn(t)・sin(2πns/S)... It can be expressed as equation (4). For example, if we set a constant asymptotic parameter: M and express the interpolation result: IP (s, t), then IP (s, t) = F2 (s, t) + M・(F1 (s, t1) -F2 (s, t))...Equation (5) is obtained. This is F2 (s, t′) in the next interpolation operation
Therefore, the overall recurrence formula representing the waveform interpolation calculation is: (F1 (s, t1) - F2 (s, t, k+1)) = M・(F1 (s ,t1)−F2(s,t,k))
…(6), and the constant asymptotic parameter: M is O<M<1 …The general solution when formula (7) is IP(s, t, k) = (F1(s, t1) ・( 1−M n-1 ) +IP(s, t, 1)・M n-1 ...Equation (8) is obtained, and asymptotic interpolation is performed exponentially as shown in Figure 7b. As a condition, if the asymptotic parameter M is, for example, M = 0.5 (or the nth root of 2), then the interpolation circuit 15 in Fig. 2 can be specially simplified using a binary shift circuit and a simple addition circuit. On the other hand, as the number of interpolation points increases, the interpolation calculation result becomes
Waveforms D, E, F, etc. in Figure b are obtained, and it can be seen that the waveforms change more smoothly. Also, focusing on the calculation speed, the musical waveform data changes during the operation of the calculation circuit 11 at a relatively long time interval every time the Fourier waveform synthesis calculation is completed according to equation (2). Considering the human perceptual discrimination ability, a sufficient calculation time of 2 to 3 msec can be assumed. On the other hand, in equation (2), when changing the harmonic coefficient Cn(t) in real time and supplying it from the harmonic coefficient circuit 4, the calculation time of the waveform generation circuit 5 is several μsec even if the number of sample points is limited.
This difference in speed has a very serious effect when actually configuring a circuit.

第3図は、第1図に示す波形発生回路5に設け
られる、本発明にかかる楽音波形合成演算処理部
分を説明するための別の具体的構成例である。第
3図において、5は第2図に示したような、波形
発生・波形補間回路、21は波形発生・波形補間
回路5からの出力楽音波形データを一時記憶する
補間値メモリ回路、22は補間値メモリ回路21
の楽音波形データを時間的に補間する時間的補間
回路、23は波形発生・波形補間回路5および時
間的補間回路22の動作タイミングを制御する時
間設定回路である。すなわち、第4図bに示した
ような、前述の波形補間演算を行つた後に、第4
図aに示したような、従来の時間的補間演算を行
うものである。この動作を(8)式に続いて説明する
と、補間値メモリ回路21に転送される楽音波形
データは波形補間回路15から現在値メモリ回路
14に刻々と転送される補間値であり、パラメー
ター:s,t,k,jを用いて IP(s,j,t,k) …(9)式 のように表現される。ここにsは波形合成演算の
サンプル点、jは時間的補間回路22における時
間的補間パラメーター、tは楽音波形合成を行う
複数個の時間的代表点、kは波形発生・波形補間
回路5における波形補間パラメーターである。時
間的補間回路22ではこのうちサンプル点sにた
いする補間操作を行い。
FIG. 3 shows another specific configuration example for explaining the musical sound waveform synthesis calculation processing section according to the present invention, which is provided in the waveform generation circuit 5 shown in FIG. In FIG. 3, 5 is a waveform generation/waveform interpolation circuit as shown in FIG. 2, 21 is an interpolation value memory circuit that temporarily stores the output musical waveform data from the waveform generation/waveform interpolation circuit 5, and 22 is an interpolation Value memory circuit 21
23 is a time setting circuit that controls the operation timing of the waveform generation/waveform interpolation circuit 5 and the temporal interpolation circuit 22. That is, after performing the above-mentioned waveform interpolation calculation as shown in FIG.
It performs conventional temporal interpolation calculations as shown in Figure a. To explain this operation following equation (8), the musical waveform data transferred to the interpolation value memory circuit 21 is an interpolation value transferred from the waveform interpolation circuit 15 to the current value memory circuit 14 every moment, and the parameter: s , t, k, j, IP(s, j, t, k) is expressed as in equation (9). Here, s is the sample point of the waveform synthesis calculation, j is the temporal interpolation parameter in the temporal interpolation circuit 22, t is a plurality of temporal representative points for musical waveform synthesis, and k is the waveform in the waveform generation/waveform interpolation circuit 5. It is an interpolation parameter. The temporal interpolation circuit 22 performs an interpolation operation on the sample point s.

IP(s,j,t,k) =IP(s,1,t,k) +Q(j)・(IP(s+1,1,t,k) −IP(s,1,t,k)) …(10)式 なる時間的補間値を得る。ここにQ(j)は補間特性
を決定する補間関数であり、第4図aのような直
線補間であれば線形関数によつて実現され、また
指数関数的に補間する場合は前述のようにシフト
回路等によつて実現される。第3図に示した具体
的構成例では全体の回路構成が比較的大規模にな
るが、楽音波形合成演算全体の動作として考える
と、サンプル点の節約および楽音波形の時間的変
化に対応した波形合成演算間隔の余裕度の面で、
従来の電子楽器では実現不可能であつた演算量の
実行を可能にする方式であり、パラメーターの設
定次第で十分に有効に機能するものである。
IP(s,j,t,k) =IP(s,1,t,k) +Q(j)・(IP(s+1,1,t,k) -IP(s,1,t,k))... Obtain the temporal interpolation value of equation (10). Here, Q(j) is an interpolation function that determines the interpolation characteristics, and in the case of linear interpolation as shown in Figure 4 a, it is realized by a linear function, and in the case of exponential interpolation, it is realized as described above. This is realized by a shift circuit or the like. In the specific configuration example shown in Figure 3, the overall circuit configuration is relatively large, but when considered as the overall operation of musical sound waveform synthesis calculation, it is possible to save sample points and create waveforms that correspond to temporal changes in musical sound waveforms. In terms of margin for synthesis calculation interval,
This method enables the execution of a computational amount that was impossible to achieve with conventional electronic musical instruments, and it functions effectively depending on the parameter settings.

(5) 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、楽音波
形をフーリエ合成演算によつて形成する方式の電
子楽器において、楽音波形の時間的変化を演算す
る高速の回路構成を必要とせず、低速で演算・合
成された楽音波形をフイードバツク式の記憶回路
および補間回路によつてより微小な時間間隔で補
間演算し、少ない波形合成演算量で有効に楽音波
形を時間的に変化させるようにした楽音波形発生
方式を実現することで、楽音性豊かな電子楽器を
容易に提供できるものであり、良質の音楽のため
に貢献するところ大である。
(5) Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, an electronic musical instrument that forms a musical sound waveform by Fourier synthesis calculation requires a high-speed circuit configuration for calculating temporal changes in a musical sound waveform. The musical sound waveforms that are calculated and synthesized at low speed are interpolated and calculated at minute time intervals using a feedback storage circuit and an interpolation circuit, and the musical waveforms are effectively changed over time with a small amount of waveform synthesis calculations. By realizing such a musical waveform generation method, it is possible to easily provide an electronic musical instrument with rich musical tones, and it will greatly contribute to the creation of high-quality music.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明による電子楽器の構成を説明
するための構成概念図、第2図は、第1図に示す
波形発生回路5に設けられる、本発明にかかる楽
音波形合成演算処理部分を説明するための具体的
構成例、第3図は、第1図に示す波形発生回路5
に設けられる、本発明にかかる楽音波形合成演算
処理部分の別の実施例を説明するための具体的構
成例、第4図は、第2図に示す具体的構成例の動
作を説明するための波形図、第5図および第6図
は、第2図に示す具体的構成例の動作をさらに説
明するための波形図、第7図は、第2図に示す具
体的構成例の動作を説明さらにするための波形図
である。 同図において、1は鍵盤、2は音色設定タブレ
ツト、3は押鍵検出・発音割当回路、4は高調波
係数回路、5は波形発生回路、6は波形記憶回
路、7は音高周波数回路、8はD/A変換回路、
9はエンベロープ回路、10はサウンドシステ
ム、11は演算回路、12はサイン関数発生回
路、13は第一のメモリ回路、14は第二のメモ
リ回路、15は補間回路、16はタイミング回
路、21は補間値メモリ回路、22は時間的補間
回路、23は時間設定回路である。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of an electronic musical instrument according to the present invention, and FIG. 2 shows a musical sound waveform synthesis calculation processing section according to the present invention provided in the waveform generation circuit 5 shown in FIG. A specific configuration example for explanation, FIG. 3, shows the waveform generation circuit 5 shown in FIG. 1.
A specific configuration example for explaining another embodiment of the musical sound waveform synthesis arithmetic processing section according to the present invention provided in FIG. 5 and 6 are waveform diagrams for further explaining the operation of the specific configuration example shown in FIG. 2, and FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the specific configuration example shown in FIG. 2. It is a waveform diagram for further explanation. In the figure, 1 is a keyboard, 2 is a tone setting tablet, 3 is a key press detection/tone assignment circuit, 4 is a harmonic coefficient circuit, 5 is a waveform generation circuit, 6 is a waveform storage circuit, 7 is a pitch frequency circuit, 8 is a D/A conversion circuit;
9 is an envelope circuit, 10 is a sound system, 11 is an arithmetic circuit, 12 is a sine function generation circuit, 13 is a first memory circuit, 14 is a second memory circuit, 15 is an interpolation circuit, 16 is a timing circuit, 21 is a An interpolation value memory circuit, 22 a temporal interpolation circuit, and 23 a time setting circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 楽音波形の各サンプル点の波形振幅値をフー
リエ合成によつて個々に計算して楽音波形を形成
する方式の電子楽器において、時間的に変化する
楽音波形を複数個の時間的代表点において演算・
合成する楽音波形発生回路と、前記楽音波形発生
回路において演算・合成された楽音波形を目標値
として一時記憶する目標値記憶回路と、現在の楽
音波形が現在値として記憶される現在値記憶回路
と、前記目標値記憶回路および前記現在値記憶回
路より読み出された前記2種の楽音波形に対する
漸近パラメータを設定する漸近パラメータ設定回
路と、前記目標値記憶回路および前記現在値記憶
回路より読み出された前記2種の楽音波形データ
および前記漸近パラメータから前記複数個の時間
的代表点よりも微小な時間軸上の点に対応した前
記2種の楽音波形データの補間値を演算する波形
補間演算回路と、前記波形補間演算回路の出力波
形を次回の演算のための現在値として前記現在値
記憶回路に書き込む波形書き込み回路と、前記現
在値記憶回路から楽音波形出力を読み出す波形読
み出し回路とを具備し、少ない波形合成演算量で
有効に楽音波形を時間的に変化させるようにした
ことを特徴とする電子楽器。 2 特許請求の範囲第1項記載の電子楽器におい
て、さらに前記目標値記憶回路および前記現在値
記憶回路より読み出された前記2種の楽音波形デ
ータの差分値を求める差分値設定回路と、前記差
分値を2進シフトして増分値データを求める増分
値設定回路と、前記2種の楽音波形データおよび
前記増分値データから補間値を演算する補間演算
回路とを具備し、波形補間演算の指数関数的な漸
近特性を持つようにしたことを特徴とする電子楽
器。 3 楽音波形の各サンプル点の波形振幅値をフー
リエ合成によつて個々に計算して楽音波形を形成
する方式の電子楽器において、時間的に変化する
楽音波形を複数個の時間的代表点において演算・
合成する楽音波形発生回路と、前記楽音波形発生
回路において演算・合成された楽音波形を目標値
として一時記憶する目標値記憶回路と、現在の楽
音波形が現在値として記憶される現在値記憶回路
と、前記目標値記憶回路および前記現在値記憶回
路より読み出された前記2種の楽音波形に対する
漸近パラメータを設定する漸近パラメータ設定回
路と、前記目標値記憶回路および前記現在値記憶
回路より読み出された前記2種の楽音波形データ
および前記漸近パラメータから前記複数個の時間
的代表点よりも微小な時間軸上の点に対応した前
記2種の楽音波形データの補間値を演算する波形
補間演算回路と、前記波形補間演算回路の出力波
形を次回の演算のための現在値として前記現在値
記憶回路に書き込む波形書き込み回路と、前記波
形補間演算回路の出力データを相前後する2サン
プル点について記憶する第1および第2のサンプ
ル値記憶回路と、前記第1および第2のサンプル
値記憶回路の出力信号からより細かい時間的サン
プル点に対応した複数個の波形の補間値を計算す
る時間的補間回路と、前記時間的補間回路から楽
音波形出力を読み出す補間波形読み出し回路とを
具備し、少ない波形合成演算量で有効に楽音波形
を時間的に変化させるようにしたことを特徴とす
る電子楽器。 4 特許請求の範囲第3項記載の電子楽器におい
て、さらに前記目標値記憶回路および前記現在値
記憶回路より読み出された前記2種の楽音波形デ
ータの差分値を求める差分値設定回路と、前記差
分値を2進シフトして増分値データを求める増分
値設定回路と、前記2種の楽音波形データおよび
前記増分値データから補間値を演算する補間演算
回路とを具備し、波形補間演算の指数関数的な漸
近特性を持つようにしたことを特徴とする電子楽
器。
[Scope of Claims] 1. In an electronic musical instrument in which a musical sound waveform is formed by individually calculating the waveform amplitude value of each sample point of a musical sound waveform by Fourier synthesis, a temporally changing musical sound waveform is Calculation and calculation at time representative points
a musical sound waveform generation circuit for synthesizing, a target value storage circuit for temporarily storing the musical sound waveform calculated and synthesized in the musical sound waveform generating circuit as a target value, and a current value storage circuit for storing the current musical sound waveform as a current value. , an asymptotic parameter setting circuit for setting asymptotic parameters for the two types of musical sound waveforms read out from the target value storage circuit and the current value storage circuit; a waveform interpolation calculation circuit that calculates an interpolated value of the two types of musical waveform data corresponding to a point on a time axis that is smaller than the plurality of temporal representative points from the two types of musical waveform data and the asymptotic parameter; and a waveform writing circuit that writes the output waveform of the waveform interpolation calculation circuit into the current value storage circuit as a current value for the next calculation, and a waveform readout circuit that reads out the musical waveform output from the current value storage circuit. , an electronic musical instrument characterized in that a musical sound waveform can be effectively temporally changed with a small amount of waveform synthesis calculations. 2. The electronic musical instrument according to claim 1, further comprising: a difference value setting circuit for determining a difference value between the two types of musical waveform data read out from the target value storage circuit and the current value storage circuit; The circuit includes an increment value setting circuit that binary-shifts the difference value to obtain increment value data, and an interpolation arithmetic circuit that calculates an interpolated value from the two types of musical waveform data and the increment value data. An electronic musical instrument characterized by having functional asymptotic characteristics. 3. In an electronic musical instrument in which a musical sound waveform is formed by individually calculating the waveform amplitude value of each sample point of a musical sound waveform by Fourier synthesis, a temporally changing musical sound waveform is calculated at a plurality of temporally representative points.・
a musical sound waveform generation circuit for synthesizing, a target value storage circuit for temporarily storing the musical sound waveform calculated and synthesized in the musical sound waveform generating circuit as a target value, and a current value storage circuit for storing the current musical sound waveform as a current value. , an asymptotic parameter setting circuit for setting asymptotic parameters for the two types of musical sound waveforms read out from the target value storage circuit and the current value storage circuit; a waveform interpolation calculation circuit that calculates an interpolated value of the two types of musical waveform data corresponding to a point on a time axis that is smaller than the plurality of temporal representative points from the two types of musical waveform data and the asymptotic parameter; a waveform writing circuit that writes the output waveform of the waveform interpolation calculation circuit into the current value storage circuit as a current value for the next calculation; and a waveform writing circuit that stores the output data of the waveform interpolation calculation circuit for two consecutive sample points. first and second sample value storage circuits; and a temporal interpolation circuit that calculates interpolated values of a plurality of waveforms corresponding to finer temporal sample points from the output signals of the first and second sample value storage circuits. and an interpolation waveform readout circuit that reads out a musical sound waveform output from the temporal interpolation circuit, and is configured to effectively temporally change a musical sound waveform with a small amount of waveform synthesis calculations. 4. The electronic musical instrument according to claim 3, further comprising: a difference value setting circuit for determining a difference value between the two types of musical waveform data read from the target value storage circuit and the current value storage circuit; The circuit includes an increment value setting circuit that binary-shifts the difference value to obtain increment value data, and an interpolation arithmetic circuit that calculates an interpolated value from the two types of musical waveform data and the increment value data. An electronic musical instrument characterized by having functional asymptotic characteristics.
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