JPH0363078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、広い意味では電子楽音発生器の分野
に関するものであり、特にラウドネス信号がフオ
ルマント制御信号と組合わされて、ラウドネス信
号に応答して選択される時間的に変化するスペク
トル特性をもつた楽音を発生させる装置に関す
る。 特に本発明は、オーデイオ波形信号を規定する
等間隔に置かれたセンプル点の振幅データを計算
サイクルで計算し、その振幅データを発生する楽
音のピツチに比例する速度（37の出力信号の速
度）で音調レジスタ３５からＤ−Ａ変換器４７に
転送する楽音発生器を有する楽器において、 前記複数のサンプル点からなる主データセツト
を後から読出すために書き込む主レジスタ３４
と、 アドレスとしての入力データを変換して出力す
るための変換データを記憶するための変換データ
メモリ手段２０５と、 前記計算サイクルの第１段階に、前記変換デー
タメモリ手段に記憶するために前記入力データに
対する出力が非線形特性となる変換データを計算
する計算手段２０４，２０３，２０２，７３，７
２，７０，２７，２０１，２１，２２，２０，１
９，１６と、 前記計算サイクルの第２段階に、該変換データ
メモリからの前記変換データを前記主レジスタに
書き込まれる前記主データセツトとするために、
前記変換データを前記変換データメモリから読出
すための前記アドレスとしての入力データを発生
するアドレス手段２０６，２０７，２４，２３，
２１，２２，２０，１９，１６と、 前記主データセツトのそれぞれの値から前記主
データセツトの平均値を零平均値にするための値
を作成する手段２０８，２０９，２１０と、 該作成された値と前記主レジスタから読出され
た前記主データセツトのそれぞれの値とを加算
し、零平均値された主データセツトを作成する加
算手段２１１と、 該零平均値された主データセツトを前記音調レ
ジスタへ転送し、前記Ｄ−Ａ変換器より可変スペ
クトル内容を有する楽音を発生させるための装置
に関する。 電子楽器設計において表現しにくい目標は、通
常の音響型楽器の音を現実的にまねる能力であ
る。最も良い結果は、空気を吹きこむパイプオル
ガンやハープシコードをまねた電子楽器の場合に
得られている。これらの楽器の場合にすぐれた模
傲結果が得られる主な理由は、これらの楽器が本
質的には機械的楽音発生器であるからである。楽
音発生は自動的であり、音楽家はオン−オフスイ
ツチを作動させるだけでよい。これら２種類の楽
器を注目すべき例外とすると、他の殆んどすべて
の楽器の音特性は音楽家により保有される一定の
技術の関数（function）である。 従来のオルガンの音を注目すべき例外とすると
楽器から発生する殆んどすべての楽音は時間的に
変化する楽音スペクトルを示すことは古くから認
識されている。時間的に変化する特徴的なスペク
トルの認識は、“スライド型フオルマント”およ
び“FMシンセサイザ”という一般的な名称で知
られているような電子楽音発生システムの開発に
動機を与えた。スライド型フオルマント楽音発生
器は、減算（法）合成とも呼ばれる１群の発生器
を構成する。減法合成においては、基音源は所望
の楽音スペクトル成分以上を発生させ、所望しな
いスペクトル成分は何らかの種類の周波数フイル
タによつて減衰されるか、又はろ波される。FM
シンセサイザは加算（法）合成（additive
variety）であつて、そこではFM（周波数変調）
は、簡単な単一の周波数正弦波時間関数からなる
ことがしばしばある楽音源信号へ成分を加えるの
に用いられる。 スライド型フオルマント又はFMシンセサイザ
のような合成技術を用いて、音響効果のあるオー
ケストラ用楽器をまねることは試行錯誤によつて
行われてきている。何らかの特定の予め選んだ楽
器に“近い”又はそれに似ていると判断される出
力楽音が出るまで、多数の楽音制御装置および
ADSRエンベロープ制御装置を調節する。これら
の技術は、選択した楽器から出る楽音を先づ分析
し、つぎに楽音発生器の分析モデルを作り、最後
に分析モデルでで実験的に得られたパラメータを
用いてもとの音によく似た楽音を合成するといつ
た比較的に学理的な方法とは明確に異なつてい
る。 楽器音を分析し、モデルをつくり、合成すると
いう学理的方法は、少数の比較的に疎遠な例を除
くと現在のところ成功していないことから判断し
て容易には実施されない技術であることは明白で
ある。問題の一部は、楽器を効果的に演奏する場
合に音楽家により与えられる楽音構造の多くの微
妙な点を十分に作ることができないことにある。
音楽家は、所定の音符に対する楽音構造が楽音の
ラウドネスとともに変化するという技術を一般に
用いる。反復される音符は異なるラウドネスと楽
音構造で演奏され、この微妙な差異は、大部分の
電子楽器発生器により発生される機械的反復音を
取り除く。どんなに上手な演奏家でも、１つの音
を全く同一楽音スペクトルでくり返すことはでき
ない。一般的にいつて、楽音のラウドネスレベル
が高くなるにつれて、その楽音スペクトルは、よ
り高い高調波の数と強さが増大する。非常にやわ
らかな楽音は、少数の高調波しか有しない楽音に
近づく傾向がある。 楽器を模傲する問題を複雑にしているのは、持
続（サステイン）音でさえも一定の楽音スペクト
ルを有していないということである。殆んどすべ
ての楽音の場合、スペクトルが時間とともに、ま
たその楽音の瞬時振幅エンベロープとともに変化
することは周知である。そのような時間的に変化
するスペクトル変化は、スライド型フオルマント
およびFMシンセサイザのような合成技術を用い
て電子楽器に導入されている。 “ラウドネススペクトル変化を有する複音シン
セサイザ”と題する米国特許第4300432号（特開
昭56−158385）には、ラウドネス制御システムが
発生した楽音のスペクトル内容を変えるために用
いられているシステムが開示されている。この参
照米国特許第4300432号（特開昭56−158385）の
特許出願と本発明は同一出願人により出願されて
いる。この出願に開示された発明は、音調の
ADSRエンベロープ関数又はラウドネス制御の設
定などの制御信号に応答して時間的に変化するよ
うにできるスペクトル成分を有する楽音を、“複
音シンセサイザ”と題する米国特許第4085644号
（特開昭52−27621）に記載された種類の楽音発生
器に発生させるための手段を記載している。 ここで、第８図に“複音シンセサイザ”と題す
る米国特許第4085644号（特開昭52−27621）の主
の回路図を示し、以下に概要を述べる。 米国特許第4085644号（特開昭52−27621）は離
散的フーリエ変換アルゴリズムを実施することに
よつて楽音波形を合成する複音発生システムを指
向する。 複音シンセサイザは楽器鍵盤スイツチ１２のア
レイを含む。一つ又は複数の鍵盤スイツチがスイ
ツチ状態を変えて作動されると（“オン”のスイ
ツチ位置になると）、音調（ノート）検出・割当
て装置１４は作動された状態に状態を変えた検出
された鍵盤スイツチを符号化し、その作動された
鍵スイツチに対する対応する鍵情報を記憶する。
音調検出・割当て装置１４が発生させた情報を用
いて楽音発生器が各作動された鍵スイツチに割当
てられる。 音調検出・割当て装置サブシステムの適当な構
成が米国特許第4022098号（特開昭52−44626）に
記述されている。 一つ又は複数の鍵スイツチが作動されると、実
行制御回路１６は反復する一連の計算サイクルを
開始する。各計算サイクルの期間中に主データセ
ツトが計算される。主データセツトの64データ語
は楽音のオーデイオ波形１サイクルの等間隔に置
かれた64の点に振幅に対応する。一般原則とし
て、オーデイオトーンスペクトルの最大高調波は
１つの完全な波形周期のデータ点数の1/2にすぎ
ない。従つて、64データ語を含む主データセツト
は最高３２の高周波を有する楽音波形に対応す
る。 一方では作動された鍵スイツチを鍵盤上で作動
したままにしておいて、又は押鍵したまゝにして
おいて、反復する一連の計算サイクルの間に主デ
ータセツトを連続的に再計算して記憶し、このデ
ータを音調シフトレジスタにロード（負荷）でき
るようにすることが望ましい。各楽音発生器に対
応づけられた１つの音調シフトレジスタがある。 各計算サイクルの開始時に高調波カウンタ２０
はその最小カウント状態又は零カウント状態に初
期設定される。語カウンタ１９が実行制御回路１
６によつて増分されて、そのモジユロカウンテイ
ング実施の故にその最小カウント状態又は零カウ
ント状態に戻る度毎に、実行制御回路１６は信号
を発生させ、この信号が高調波カウンタ２０のカ
ウント状態を増分させる。語カウンタ１９は主デ
ータセツトを構成するデータ語数である64をモジ
ユロとしてカウントするように実施されている。
高調波カウンタ２０はモジユロ３２をカウントす
るように実施されている。この数は64データ語を
含む主データセツトと一致する最大高調波数に対
応する。 各計算サイクルの開始時に、加算器−アキユム
レータ２１のアキユムレータは実行制御回路１６
によつて零値に初期設定される。語カウンタ１９
が増分される度毎に、加算器−アキユムレータ２
１は高調波カウンタ２０の現在のカウント状態を
アキユムレタに含まれる合計に加算される。この
加算はモジユロ６４として実施される。 加算器−アキユムレータ２１のアキユムレータ
の内容は正弦波関数テーブル２４から三角関数正
弦波関数値をアクセスするためにメモリアドレス
デコーダ２３により用いられる。正弦波関数テー
ブル２４はＤの間隔で０≦φ≦64に対する三角関
数sin（2πφ／64）の値を記憶する固定メモリとし
て実施するのが有利である。Ｄはテーブル分解定
数である。 メモリアドレスデコーダ２５は高調波カウンタ
２０のカウント状態に応答して高調波係数メモリ
２６並びに２７に記憶されている高調波係数を読
出す。乗算器２８は正弦波関数テーブル２４から
読出された三角関数値と、高調波係数メモリ２６
並びに２７から読出された高調波係数の値との積
を生じさせる。乗算器２８によつて作られた発生
した積値は１入力として加算器３３に与えられ
る。 主レジスタ３４の内容は各計算サイクルの開始
時に零値に初期設定される。語カウンタ１９が増
分される度毎に、クロツク選択器４２によつて選
択された主クロツク１５に応じて、語カウンタ１
９のカウント状態に対応するアドレスにおける主
レジスタ３４の内容が読出され、１入力として加
算器３３に与えられる。加算器３３への入力の合
計は、語カウンタ１９のカウント状態に等しい、
又は対応するメモリ位置において主レジスタ３４
に記憶される。語カウンタ１９が１サイクル６４
カウントの完全な32カウントサイクルだけ循環す
ると、主レジスタは乗算器２８へ与えられた１セ
ツトの高調波係数によつて決定されるスペクトル
関数を有する楽音波形の完全な１周期を含む主デ
ータを含む。 楽音発生器には楽音発生器に対応づけられた音
調シストレジスタ３５，３６と音調クロツク３
７，３８とＤ−Ａ変換器４７，４８が各々ある。 反復する一連の計算サイクル中の各計算サイク
ルに引き続いて、転送サイクルが開始され実行さ
れる、転送サイクルの間に、クロツク選択器４２
によつて選択された音調クロツクに応じて、主レ
ジスタ３４に記憶されている主データセツトがコ
ピーされ１セツトの音調シフトレジスタ３５，３
６に記憶される。 音調シフトレジスタ３５，３６の各々の記憶さ
れた主データセツトは、楽音発生器に含まれてい
る楽音発生器の各々に対応づけられている音調ク
ロツク３７，３８によつて与えられるタイミング
信号に応答して逐次反復して読出される。 音調シフストレジスタ３５，３６から読出され
たデータはＤ−Ａ変換器４７，４８によつてアナ
ログ信号に変換される。その結果えられるアナロ
グ信号は音響システム１１によつて可聴楽音に変
えられる。音響システム１１は可聴音を発生させ
るため従来の増幅器とスピーカの組合せを含む。 参照米国特許第4085644号（特開昭52−27621）
に記載された種類の複音シンセサイザにおいて
は、計算サイクルおよびデータ転送サイクルが反
復的に且つ独立に実行されて、楽音波形に変換さ
れるデータを与える。計算サイクルの間に入力ス
ペクトル制御信号に応答して変化するスペクトル
内容をもつた主データセツトが発生する。これは
予め選択された１セツトのデータ点を含む変換メ
モリからデータ値をアドレスするための記憶され
た正弦波関数値表を用いることによつて達成され
る。正弦波関数値は入力スペクトル制御信号に応
答して大きさがスケール（scale）され、それに
より１可変サブセツトの変換メモリ内容が読出さ
れて主レジスタに記憶されるようにする。これら
の計算はいかなる楽音周波数とも同期しない高速
で実行される。 計算サイクルに引きつづいて転送サイクルが開
始され、その転送サイクルの間に主データセツト
が先づ零平均値を有するように調節され、ついで
多くの音調レジスタのうちの選択された音調レジ
スタへ転送される。音調レジスタ内にあるデータ
は割当てられた対応する鍵盤スイツチに対応する
周波数を有する音調クロツクの制御をうけて読出
される。このデータは順次反復して読出され、ア
ナログ楽音波形に変換される。楽音発生は計算サ
イクルおよび転送サイクルの間中断されることな
く継続する。 本発明の目的は、一連の計算サイクルの間に予
め選択された数セツトの高調波係数を用いて、変
換メモリに蓄積されるデータを発生させる手段を
提供することである。 楽音の時間的に変化するスペクトル変化が望ま
しい音色効果を生じさせることは楽音発生技術上
周知である。これらの音色効果は楽器の模傲から
模傲する母体をもたない新規な楽音にまで及んで
いる。そのようなスペクトル変化を発生させる通
常の方法はスライド型フオルマント技術を用いる
ことである。この技術は、アナログ楽器が発生さ
せた波形を処理するため制御可能なしや断周波数
をもつ周波数領域フイルタを用いることによつて
通常は実現される。 他の種類のスライド型フオルマント楽音発生が
“コンピユータオルガンにおける高調波変調とラ
ウドネススケーリング”と題する米国特許第
3908504号および上記参照米国特許第4085644号
（特開昭52−27621）に説明されている。これらの
システムにおいては、スペクトル内容の時間的変
化は、フーリエ型演算により波形振幅点を計算す
るのに用いられる高調波係数の大きさを変えるこ
とによつてえられる。選択された高周波係数の大
きさを“スライド”させることによつてえられる
音色効果は、周波数領域フイルタのしや断周波数
を“スライド”させることによつてえられる音色
効果に極めて類似している。 楽音発生における非線型システム変換の応用
は、コンピユータ音楽雑誌（Computer Music
Journal）第３巻第２号35〜42頁（11979年）に掲
載されたボーチヤンプJ.の技術論文“非線型関数
を用いたスペクトルエボリユーシヨンマツチング
による金管楽器音合成（Brass Tone Synthesis
by Spectrum Evolution Matching with
Nonlinear Functions”に述べられている。 米国特許第4085644号（特開昭52−27621）に記
載されている種類の複音シンセザイザにおいて
は、楽音波形に変換されるデータを与えるため
に、計算サイクルおよびデータ転送サイクルが反
復して、且つ独立に実行される。計算サイクルの
間に主データセツトがつくり出され、主レジスタ
に記憶される。この計算はいかなる楽音周波数と
も同期しない高速で行われる。計算サイクルの終
りに、主データセツトは主レジスタに記憶され
る。 計算サイクルに引きつづいて転送サイクルが開
始され、この転送サイクルでは先づ主データセツ
トが零平均値を有するように調節され、ついで複
数の音調レジスタのうちの予の選択されたレジス
タへ転送される。楽音発生は計算サイクルおよび
転送サイクルの間中断することなく継続する。 個々の音調レジスタ内にあるデータ点は作動さ
れた鍵盤スイツチに対応する速度で反復的に順次
読出されてＤ−Ａ変換器へ転送され、このＤ−Ａ
変換器は入力デジタルデータをアナログ電圧に変
換して所望の楽音を発生させる。 計算サイクルは２つの連続した部分計算（Sub
−computation）サイクルに分けられる。第１部
分計算サイクルの間には、１セツトの変換データ
値が、予め選択された１セツトの高周波係数値か
ら発生する。発生した変換データセツトは変換メ
モリに記憶される。第２部分計算サイクルの間に
は、記憶された正弦波関数値表が順次アクセスさ
れ、変換メモリに記憶されたデータ値をアドレス
するのに用いられる。これらのアドレスされた値
は、主レジスタに記憶される主データセツトを構
成する。 正弦波アドレス指定関数に応答して値をアドレ
スすることによつて発生する主データセツトが予
め選択されたセツトの高周波係数に対応するスペ
クトルを有するような変換データセツトを発生さ
せるための手段を提供することが本発明の目的で
ある。 ラウドネス制御信号に応答して変化するスペク
トル成分を有する楽音を発生させることが本発明
の第２の目的である。この応答は、可変サブセツ
トの変換メモリ内容を読出させて主レジスタに記
憶させるラウドネス制御信号に応答して正弦波ア
ドレス指定値の大きさをスケールすることによつ
て達成される。 ラウドネス制御信号に応答して変化し、選択し
たラウドネス信号値に対してはスライド型フオル
マントの時間的に変化する楽音スペクトル値の組
合せを与えるスペクトル成分を有する楽音を発生
させることが本発明の更にもう１つの目的であ
る。この時間的に変化するスペクトル変化は、制
御信号値に応答して第１計算サイクルに用いられ
る高調波係数を適当にスケールすることによつて
えられる。 発明の詳細な説明 第１図は、ここに参考のため述べてある“複音
シンセサイザ”と題する米国特許第4085644号
（特開昭52−27621）に詳述されているシステムの
改良として図示され説明される本発明の１実施例
を示す。図面に用いられている２桁の参照数字は
すべて上記特許の開示において同じ番号が付され
ている要素に対応する。 上記特許に記載されているように、この複音シ
ンセサイザは、例えば電子オルガンのような電子
楽器の従来の鍵盤に対応する楽器鍵盤１２を具え
ている。この楽器鍵盤上の１個又はそれ以上の鍵
を押すことによつて、音調検出割当回路１４は作
動された鍵に対する音調情報を記憶し、作動され
た各音調を12個の別個の楽音発生器のうちの１つ
に割当てる。音調検出割当回路１４は、ここに参
考のため述べてある参照米国特許第4022098号
（特開昭52−44626）に記載されている。１個又は
それ以上の鍵が押されると、実行制御回路１６が
計算サイクルを開始させ、その計算サイクルの間
にに64語からなる主データセツトが計算され主レ
ジスタ３４に記憶される。この64語は、この楽音
発生器によつてつくり出される楽音波形の１サイ
クルに対して等間隔に配置させた64の点の振幅に
対応する値をもつて発生する。一般的法則とし
て、楽音スペクトルにおける高調波の数は、波形
の完全な１サイクルに対応するデータ点の数の1/
２を超えることはできない。 加算器３３から出力されたデータは、主レジス
タ３４に記憶されるとともに２の補数回路２０８
によつて２進法の２の補数の形に変換される。２
の補数回路２０８からの出力データは、入力デー
タに対し６つの２進ビツトの位置の右シフトを行
う右シフト回路２０９により64で除算される。右
シフト回路２０９からの出力データは、加算器−
アキユムレータ２１０に含まれるアキユムレータ
の内容へ連続的に加算される。このアキユムレー
タは、実行制御回路１６により与えられるリセツ
ト信号の命令により計算サイクルの開始時に初期
設定される。その最終的な結果として、計算サイ
クルの終了時にそのアキユムレータは、主レジス
タ３４に記憶された主データセツトに含まれるデ
ータ値の平均値を零平均値とする値を含む。 計算サイクルが完了すると、実行制御回路１６
は転送サイクルを開始させ、この転送サイクルの
間に、主レジスタ３４に記憶された主データセツ
トが加算器２１１へ読出され、加算器−アキユム
レータ２１０のアキユムレータの内容と加算され
る。この加算データは、割当てられた楽音発生器
のうちの１個の楽音発生器内の音調レジスタ３５
へ転送される。最終的な結果として、転送された
データは、零の平均値を有するように置き換えら
れた主データセツトを構成する。 音調レジスタ３５は、発生される楽音の完全な
１サイクルに対応する置き換えられた主データセ
ツトの64語を記憶する。これらのデータ点は音調
レジスタ３５から反復的に順次読出されてＤ−Ａ
変換器４７へ転送され、この変換器は入力デジタ
ルデータを所望の楽音波形のアナログ電圧に変換
する。他の楽音発生器からのアナログ信号は加算
器５５において結合され、この結合された信号は
音響システム１１へ印加されて可聴音に変換され
る。 各データ点は関連の音調クロツク３７が発生し
たクロツク速度で音調レジスタ３５から転送され
る。楽音発生器の各々について１個の音調クロツ
クがある。これらの音調クロツクは、鍵盤上で押
鍵された関連音の基本楽音周波数の64倍にその周
波数がセツトされている電圧制御発振器として実
現することができる。この方法によつて、64の波
形データ点全体が、選択された楽音のピツチ又は
基本周波数の１周期に対応する時間の間にＤ−Ａ
変換器４７へ転送される。 音調クロツク３７に用いられる電圧制御発振器
を実現するにはいろいろな方法がある。そのよう
な１つの方法は、ここに参考のために述べてあ
る。“周波数ナンバー制御クロツク”と題する米
国特許第4067254号に詳細に記載されている。 前記米国特許第4085644号（特開昭52−27621）
に更に説明してあるように、一連の計算サイクル
の期間中に主レジスタ３４内にある主データセツ
トを連続的に再計算し、鍵盤上の関連した鍵が押
されたままになつている間にこのデータを音調レ
ジスタ３５に再びロードできるようにすることが
望ましい。これは音調クロツク速度によるＤ−Ａ
変換器へのデータ点の流れをさえぎることなく行
われる。 楽音発生器１個だけの回路が第１図に明示され
ているが、12個の関連音調クロツクを具えた12個
のそのような楽音発生器がこの複音シンセサイザ
の好ましい実施例に通常具えられていることが理
解されるであろう。１個の楽音発生器は音調レジ
スタ，音調クロツクおよびＤ−Ａ変換器を具えて
いる。一連の計算サイクルのうちの各計算サイク
ルの終りの置き換えられた主データセツトの値が
この楽音発生器へ与えられる。 各計算サイクルは第１部分計算サイクル，およ
びこの第１部分計算サイクルに引きつづく第２部
分計算サイクルに分けられる。第１部分計算サイ
クルの間に、１セツトの変換データ値が発生さ
れ、変換データメモリ２０５に記憶される。第２
部分計算サイクルの間に、変換データメモリ２０
５に記憶されたデータから選択された１サブセツ
トの値をアドレスすることによつて主データセツ
トが発生する。主データセツトは主レジスタ３４
に記憶される。 変換データメモリ２０５に記憶される変換デー
タ値Ｚ（Ｎ）は下記の関係により計算される。 Ｚ（Ｎ）＝_M 〓^q=1 c_qT_q（N′） ……式１ 但し、c_qは高調波係数メモリ２７に記憶され、
かつアクセスされた後に後述する方法でフオルマ
ント乗算器２０２によりその大きさがスケールさ
れる１セツトの高調波係数の要素である。Ｍは変
換データ値を求めるために用いられる高調波の総
数を示す予め選択された数である。Ｍは主データ
セツトの要素の数の1/2以下に制限するのが好適
である。記号T_q（N′）は指数ｑおよび変数N′を
もつチエビシエフの第１種多項式を示す。ここ
で、 N′＝cos（πN／32） ……式２ 但し、ＮはＮ＝１，…，64の範囲内の整数であ
る。Ｎは語カウンタ１９のカウント状態に対応す
る。 変換データ値Ｚ（Ｎ）を発生させるための手段
は、直交多項式を用いた一般フーリエ型演算を用
いて主データセツトを発生させるための参照米国
特許第4085644号（特開昭52−27621）に詳述した
方法に類似している。チエビシエフ多項式は直交
多項式系の１つである。直項多項式という術語は
ここでは一般的な意味で用いられていて、直交多
項式と直交関数の両方を含む。 チエビシエフ多項式の値は、多項式表２０１に
記憶される。主データセツトが最大32高調波に対
応する64語からなる場合には、多項式表はその
各々が64データ語を含む32個のアドレス可能メモ
リのセツトとして構成される。 第１部分計算サイクルの間に、語カウンタ１９
はシステム主論理クロツクモジユロ６４によつて
与えられるタイミング信号をカウントする。高調
波カウンタ２０および語カウンタ１９は、実行制
御回路１６により与えれる信号に基き、第１部分
計算サイクルの開始時に初期設定される。高調波
カウンタ２０は、語カウンタ１９がその最低カウ
ント状態に戻る度毎に増分される。 高調波カウンタ２０の内容は、多項式表２０１
に含まれる32個のアドレス可能メモリのうちの１
つを選択的にアドレスするのに用いられる。この
高調波カウンタ２０によつて選択されたメモリ内
の特定の語は、語カウンタ１９の状態によつて選
択される。 多項式表２０１から選択されアドレスされたチ
エビシエフ多項式データは、乗算器２０３におい
て選択された高調波係数のスケールされた値によ
つて乗算される。この高調波係数は高調波係数メ
モリ２７に記憶され、その値は高調波カウンタ２
０９内容に応答してアドレスアウトされる。 第１部分計算サイクルの間に、実行制御回路１
６はデータ選択回路２０６に語カウンタ１９の内
容を転送させて、変換データメモリ２０５用のア
ドレス指定データとしての役目をさせる。データ
値は、各論理クロツク時刻ごとに、語カウンタ１
９の内容により決定されるアドレスにおいて変換
データメモリ２０５からアドレスアウトされる。
このアドレスされたデータ値は、乗算器２０３に
より発生された積の値と加算器２０４において加
算される。ついでこの加算値は転送データレジス
タに書込まれる。最終的な結果として、第１部分
計算サイクルの終了時には、変換データメモリ２
０５は式１により示された関数による１セツトの
値を含む。 高調波係数メモリに記憶される高調波係数は、
選択された楽音の音色又はスペクトル内容を発生
させるための任意のセツトの値とすることができ
る。これらは、好適にはラウドネス制御信号の最
大値に対する所望の楽音を変更又はスケーリング
なしに高調波サブシステムによつて発生させるよ
うに選択可能とされる。記憶された高調波係数値
は、高調波カウンタ２０の状態である高調波ナン
バーｑの現在値に応答して第１部分計算サイクル
の間に高調波係数メモリ２７からアクセスアウト
される。アドレスされた高調波係数は、上記参照
米国特許第4085644号（特開昭52−27621）に詳述
したフオルマント制御システムを用いて、フオル
マント乗算器２０内のフオルマント係数Ｇにより
変更される。 高調波カウンタ２０によつて決定される高調波
ナンバーｑの現在値は比較器７２へ送られる。選
択された値q_cは比較器７２への入力となる。q_cは
低域高調波フオルマントフイルタのための有効な
しや断高調波ナンバーを決定する高調波ナンバー
である。q_cは多様な数字入力データ手段のいづれ
によつても供給できるフオルマントシステムへの
入力値である。フオルマントクロツク７０は、比
較器７２への入力として時間的に変化する値ｕを
与えるための所定のタイミング手段を与える。第
１部分計算サイクルの各ビツト時刻ごとに、比較
器７２はｑ＋ｕの値とq_cの選択された入力値とを
比較する。もしｑ＋ｕがq_cより小さいか又はq_cに
等しければ、値Q′＝１がフオルマント係数メモ
リ７３へ送られる。もしいずれかのビツト時刻で
ｑ＋ｕがq_cよりり大であることが検出されると、
値Q′＝ｑ＋ｕ−q_cがデータアドレスとしてフオル
マント係数メモリ７３へ伝送される。この受けと
つたアドレスに応答して、フオルマント係数Ｇが
フオルマント係数モリ７３からアクセスアウトさ
れる。フオルマント乗算器２０２は、高調波係数
メモリからアドレスアウトされた現在値と値Ｇと
を乗算してスケールされた高調波係数をつくる。 フオルマント乗算器２０２の出力からのスケー
ルされた高調波係数は、多項式表２１０から読出
された直交多項式データ値と乗算器２０３によつ
て乗算される。 上記参照米国特許第4085644号（特開昭52−
27621）は、フオルマント係数メモリ７３に記憶
されたフオルマント係数Ｇに対する適正な値を表
記している。 比較器７２へ印加されたＴ制御信号は、米国特
許4085644号（特開昭52−27621）に説明されてい
る方法で実現できる低域又は高域フオルマントフ
イルタを選択するのに用いられる。 Ｔ制御信号によつて選択された高域動作の場合
には，各ビツト時間ごとに、比較器７２はｑ＋ｕ
の値を選択された入力値q_cと比較する。もしｑ＋
ｕがq_cの値より大きいか、又はq_cの値と等しけれ
ば、値Q′＝１がフオルマント係数メモリ７３へ
送られる。もしいずれかのビツト時刻においてｑ
＋ｕがq_cより小さいことが検出されれば値Q′＝q_c
−（ｑ＋ｕ）がデータアドレスとしてフオルマン
ト係数メモリ７３へ伝送される。 記憶されたフオルマント係数表の代りに、比較
器７２からの出力信号データに応答してフオルマ
ント係数Ｇの値を計算するため論理回路を用いる
ことは明白な変更態様である。例えば、有用な１
セツトの係数が下記の関数から計算できることが
見出されている。 Ｇ＝exp｛0.1151×401og₁₀ 〔８／（７＋ｑ）〕｝ ……式３ 第１部分計算サイクルの終了後に第２部分計算
サイクルが開始される。第２部分計算サイクルの
間に実行制御回路１６はデータ選択回路２０６に
命令して、ラウドネススケーラ２０７から出力を
転送させ、変換データメモリ２０５からデータ値
をアドレスさせる。 第２部分計算サイクルにおいて、計算サブサイ
クルは64クロツク時間に制限されており、この間
に語カウンタ１９は74カウント状態に対して増分
されるが、一方高調波カウンタ２０は単位値の初
期カウント状態に留つている。 正弦波関数表２４からアクセスアウトされた余
弦値はラウドネススケーラ２０７により大きさが
スケールされ、スケールされた値は変換データメ
モリ２０５から記憶されたデータをアドレスする
のに用いられる。ラウドネススケーラ２０７は、
乗算器の値がラウドネス制御信号に応答して変化
するデータ値乗算器である。この信号は所望の楽
音効果に応じていろいろな源からうることができ
る。そのような源には、触れると応答する鍵盤ス
イツチ，圧力センサの信号出力が閉鎖鍵スイツチ
に加えられた圧力とともに変化する圧力感知鍵ス
イツチ，ADSRエンベロープ発生器からの信号出
力，およびラウドネス補正データがある。 このラウドネス制御信号をうる方法は、“ラウ
ドネス補正装置を具えた電子楽器”と題する米国
特許第4214503号（特開昭55−120097）に記載さ
れている。この特許出願人は本発明の出願人と同
一である。 現実味を更に加えるために、ランダム信号をラ
ウドネス制御信号に加えることにより、たとえば
安定した状態の制御信号が変化しなくても反復さ
れる楽音のスペクトル内容が常に互いに異なるよ
うにすることができる。 データは，第２部分計算サイクルの間に、語カ
ウンタ１９の内容に応答して主レジスタ３４から
アドレスアウトされる。このアドレスされたデー
タは、加算器３３によつて変換データメモリ２０
５からアドレスアウトされた対応するデータへ加
算される。この加算値はついで主レジスタ３４に
書込まれる。最終的な結果として、主データセツ
トが第２部分計算サイクルの終りに主レジスタ３
４内に存在することになる。 変換データメモリ２０５へのアドレス指定デー
タ入力は内部メモリアドレスデコーダを含んでい
る。このデコーダは、変換データ点を記憶する64
メモリアドレスに対応する最近似の整数値にアド
レスデータを丸める。 変換データメモリ２０５に記憶された非線形デ
ータは、正弦波関数表２４からアドレスアウトさ
れかつラウドネススケーラ２０７により大きさが
スケールされた正弦波関数データ値について非線
形振幅変換を行うのに基本的に用いられる。信号
が非線形変換で変換されると、その結果もとの信
号に存在した周波数成分よりも多い周波数成分を
含む出力信号がえられるということは、信号理論
技術上周知である。非線形変換の解説は1962年に
プレンテイスホール社（Prentice−Hall，Inc.）
より発行されたドイツチエ，ラフル著“ランダム
プロセスの非線形変換”に見出すことができる。 主データセツトに含まれる高周波の最大数が32
以上となること又は発生した楽音の１サイクルを
構成する等間隔に配置されたデータ点数の1/2以
上となることはできないというのが第１図に示す
システムの性質である。従つて、非線形振幅変換
を用いても、高調波の総数は限られており、本発
明のこの特徴は、非線形変換後にスペクトル内容
を制限又は変更するための他の手段の必要性を除
去している。 ラウドネススケーラ２０７へ与えられたラウド
ネス制御信号の最大値に対応した所望の楽音をう
るために、スケールされない高調波係数c_qの値が
選択される。高調波係数メモリ２７は、ストツプ
スイツチを作動させることによつて選択的にフオ
ルマント乗算器２０２へ与えられる複数セツトの
高調波係数を含むことができる。これらもまた楽
音スイツチと呼ばれる。 高調波係数はすべての正の値をもつことができ
るが、もし高調波係数が位相ナンバーP_qにより
乗算されると、数値を表わすのに用いられるデジ
タル語の２進ビツト数により課せられる所定のピ
ーク信号値の限界に対し、計算されたデータセツ
トのRMS値を最大にしうることが知られている。 P_qの値はすべて＋１又は−１の値を有する。
下記の１セツトのP_qに対する値は米国特許第
4085644号（特開昭52−27621）に表記されている
値であり、これは満足な結果を生じさせることが
実験的に証明されている。 −１，−１，−１，−１，−１，−１，−１，−１，＋
１，＋１，＋１，−１，−１，−１，＋１，＋１， −１，−１，＋１，＋１，−１，＋１，＋１，−１，＋
１，−１，−１，＋１，−１，＋１，−１，＋１， −１，−１−１，−１，−１，−１，−１，−１，＋１
，
＋１，＋１，−１，−１，−１，＋１，＋１ −１，−１，＋１，＋１，−１，＋１，＋１，−１，＋
１，−１，−１，＋１，−１，＋１，−１，＋１ これの代わりに以下のような１セツトの位相ナ
ンバーP_qも満足な結果を生じさせることが証明
されている。 ＋１，−１，＋１，＋１，＋１，−１，−１，＋１，＋
１，−１，＋１，＋１，＋１，＋１，＋１，＋１ ＋１，＋１，−１，−１，＋１，−１，＋１，−１，−
１，−１，＋１，＋１，−１，＋１，−１，−１ ＋１，−１，＋１，＋１，＋１，−１，−１，＋１，＋
１，−１，＋１，＋１，＋１，＋１，＋１，＋１， ＋１，＋１，−１，−１，＋１，−１，＋１，−１，−
１，−１，＋１，＋１，−１，＋１，−１，−１， 位相定数P_qを用いると、信号の非線形変換の
使用によつて新たな周波数をつくり出す技術が改
良される。正弦波関数表からアドレスアウトされ
た余弦値がラウドネススケーラ２０７によつて大
きさを減じると、変換データメモリ２０５に含ま
れるごく限られた範囲のデータのみがアクセスア
ウトされる。従つて、主データセツトのRMS値
は、ラウドネス制御信号の変化とともに変化す
る。幸いなことに、この動作は楽音が軟らかけれ
ば軟らかいほど高調波数は少いという音楽的に好
ましい方向になる。もしすべての位相定数P_qが
同じ値を有していると、ラウドネススケーラ範囲
が20dbの場合とは主データセツトに関連したパ
ワーレベル（音響出力）は約40dbだけ変化する
ことができる。もしP_qが上記の第２のセツトに
示した値を有すると、パワーレベルは約20db変
化するだけであり、これは主データセツトから発
生した楽音のラウドネスを過度に低下させること
なしに、ラウドネス制御信号に大きなダイナミツ
クレンジがえられるようにする上で重要な改良で
ある。 余弦関数は変数θ＝πの値のまわりで偶対称的
（even symmetric）であるので、第１図に示す
システムは、参考のために述べた米国特許第
4085644号（特開昭52−27621）に詳述してある偶
対称法で動作できる。従つて，主データセツトに
は32点だけが必要となる。この対称動作モードを
用いると、語カウンタ１９は第２部分計算サイク
ルの間モジユロ３２をカウントするようにつくら
れる。右シフト回路２０９は値３２による除去に
対応する５つの２進ビツトの位置の右シフトを行
う。転送サイクルの間に、参照特許に説明したよ
うに順および逆の順序でデータが主レジスタ３４
からアドレスアウトされるので、１波形サイクル
の完全な１データセツトの64点が音調レジスタへ
転送される。 第２図はは第１表に記したスペクトル成分を有
する楽音に対する変換データセツトのプロツトを
示す。

【表】 高調波１７〜３２に対する高調波係数はすべて
零値を有するように選ばれた。 第３図は変換データメモリ２０５に記憶された
第２図に示すデータを用いた第１図の音響システ
ム１１への出力信号の立体プロツトを示す。各ス
ペクトルの右端の数字は、ラウドネススケーラ２
０７によつて行われた余弦値の減衰db数を示す。
このスペクトルプロツトの最大値は0dbであり、
底面は−50dbに相当する。 第４図は第２図に示したデータを用いた音響シ
ステム１１への出力信号の立体プロツトである。
ラウドネススケーラ一定した−6dbレベルにあ
り、フオルマントサブシステムは第10高調波にお
いて初期しや断を行う低域モードで開始される。
このしや断は曲線群の各構成要素について１高調
波だけ変化する。 第５図は、複音シンセサイザがその従来のモー
ドによつてもラウドネスとフオルマント楽音変化
とを組合せたモードによつても選択的に動作でき
る組合せシステムを示す。 非線形転送発生動作モードを所望しない場合に
は、制御信号は実行制御回路１６によつてデータ
選択回路２１５へ送られる。この信号に応答し
て、データ選択回路は、変換データメモリ２０５
からアクセスされる出力データの代わりに、乗算
器２８から出力データを選択する。この方法によ
り、今や主データセツトは、参照米国特許第
4085644号（特開昭52−27621）に述べた方法によ
り第１部分計算サイクルの間に計算することがで
きる。２の補数回路２０８で始まる主レジスタ３
４に記憶された主データセツトに含まれるデータ
値を零平均値とするためのサブシステムを抑止す
る必要はない。という訳は、このサブシステム
は、主データセツトが常に零平均値を有する通常
の動作モードにおいては実際の動作をしないから
である。 第１図に示すシステムは主としてチエビシエフ
多項式を用いた。何故ならば、非線形変換が高調
波カウンタ２０の一定の状態に対する語カウンタ
１９の内容に対応する変数を有する余弦関数とな
るように選択されたからである。その他の直交多
項式又は直交関数についても、変換データメモリ
をアドレスするために用いる語カウンタの機能を
変更することでもつて対応することができる。そ
のような代替システムの一例が第６図に示されて
いる。このシステムでは、三角関数を用いた従来
のフーリエ演算が、主データセツト語アドレスの
一次関数として後からアドレスアウトされる変換
データ値を構成するのに用いられる。 第１部分計算サイクルの間に、正弦波関数表２
４に記憶された三角弦値のみを用いる通常のフー
リエ演算を用いて、変換データセツトの32点が計
算される。この動作は参照米国特許第4085644号
（特開昭52−27621）に詳述されている主データセ
ツトのための計算サイクルの動作と同様である。
最高32の高周波を有する楽音を発生させる能力を
もつ楽音発生器システムにとつて、変換データセ
ツトの1/2に相当する32点だけが必要である。 等間隔に配置された点のサンプル波形１周期の
残りの32点は、第２部分計算サイクルの間に変換
データメモリ２０５を逆アドレス指定することに
より、又は転送サイクルの間に記憶されたデータ
を読出す時に主レジスタ３４を逆アドレス指定す
ることによつてうることができる。 語カウンタ１９の状態は，第２部分計算サイク
ルの間に変換データメモリ２０５から記憶された
データをアドレスするのに用いられる。これらの
カウンタ状態値は、ラウドネス制御信号に応答し
てオフセツトラウドネススケーラ２１６において
スケールされる。第６図に示されたシステムの残
りの部分は、第１図に示されたシステムに関連し
て上記に開示した方法により機能する。 第１図および第６図に示されたシステムによつ
てえられた楽音スペクトルは、同一セツトの高調
波係数を用いたとしても同じにはならない。これ
らの差違は、主データセツトを発生させるために
相異なる非線形変換を用いたことの特徴を表わし
ている。これらの２つのシステムは、単一セツト
の高調波係数，一定ラウドネススケーリングおよ
び一定の高調波フオルマント形，に対して同じ楽
音を有するようにつくることができるが、その他
のすべての値の組合せはこれら２つのシステムに
対して異なる音色（スペクトル）を生じさせる。 第７図は実行制御回路１６の詳細を示す。300
番代の数字で表示されている第７図のシステム素
子は実行制御回路１６の素子である。第１部分計
算サイクルと第２部分計算サイクルからなる完全
な１計算サイクルはフリツプフロツプ３０４がセ
ツトされてその出力状態がＱ＝“１”となると開
始される。フリツプフロツプ３２０がその出力状
態Ｑ＝“０”であれば、フリツプフロツプ３０４
は音調検出割当回路１４からの要求でセツトする
ことができる。後述するように、フリツプフロツ
プ３２０は転送サイクルを制御するのに用いら
れ、転送サイクルが進行中は計算サイクルが開始
されないことが望ましい。鍵スイツチが楽器鍵盤
上で作動されたことをこのシステムが検出する
と、音調検出割当回路１４は計算サイクルを開始
させる要求を発生させる。代りのシステム動作論
理は、転送サイクルが進行中でない時に常に完全
計算サイクルを開始させるか、又は音調レジスタ
へのデータの各転送の完了時に転送サイクルを開
始させるものである。 フリツプフロツプ３０４が計算サイクルの開始
時にセツトされると、出力状態Ｑ＝“１”はエツ
ジ検出回路３０５によつて、リセツトと表示され
た信号パルスに変換される。このリセツト信号は
カウンタ３０２，１９，３０３および初期設定す
るのに用いられる。このリセツト信号はまた加算
器−アキユムレータ２１０を初期設定するのにも
用いられる。 フリツプフロツプ３０４の出力状態Ｑ＝“１”
となると、ゲート３０１はクロツクタイミング信
号を主クロツク１５から転送してカウンタ３０２
および１９を増分させる。 フリツプフロツプ３０４の出力状態Ｑ＝“１”
により発生したリセツト信号はフリツプフロツプ
３２５をセツトし、これによつてフリツプフロツ
プ３２５がクロツクタイミング信号を転送してカ
ウンタ３０３を増分させる。カウンタ３０３はモ
ジユロ３２をカウントするように実現させる。こ
のカウンタの内容がそのモジユロカウンテイング
動作に基いてリセツトさせる度毎に、INCR信号
が発生し、この信号は高調波カウンタ２０のカウ
ント状態を増分させるのに用いられる。 第１部分計算サイクルの間に、カウンタ３０２
は全部で64×32の主クロツクタイミング信号をカ
ウントする。このカウントに達すると、信号が送
られてフリツプフロツプ３２５をリセツトし、高
調波カウンタ２０をリセツトする。この時に第２
部分計算サイクルが開始される。 フリツプフロツプ３２５の状態Ｑは、第１図に
関連して上述したデータ選択回路２０６に動作さ
せるのに用いられる。Ｑが状態“１”にあれば、
このシステムは第１部分計算サイクルにある。 サイクルカウンタが全部で（64＋１）×32＋64
の主クロツクタイミング信号に対して更に64カウ
ント進むと、信号が発生し、この信号はフリツプ
フロツプ３０４をリセツトしそれによつて計算サ
イクルを終了させるのに用いられる。 フリツプフロツプ３０４からの状態Ｑ＝“０”
によつて示されるように計算サイクルが進行中で
ない場合には、線４１上の転送サイクルに要求が
フリツプフロツプ３２０をセツトする。 割当てられた楽音発生器の数は、音調検出割当
回路１４から比較器３２１へ転送される。カウン
タ３２２は信号線４１上の転送サイクル要求によ
り増分される。カウンタ３２２のカウント状態が
比較器３２１に含まれる割当てられた楽音発生器
の数にまで増分されると、信号が発生しこの信号
がフリツプフロツプ３２０をリセツトする。フリ
ツプフロツプ３２０の状態がＱ＝“０”になると、
新たな計算サイクルが開始される。 ラウドネススケーラ２０７は、１セツトの数，
又は基準化因数（scale factors）を記憶するア
ドレス可能メモリとして実現することができる。
これらの数はラウドネス制御信号に応答してアド
レスアウトされ、正弦波関数表２４からの入力値
のような入力値をスケール又は乗算するための乗
数として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の概略的なブロツク
である。第２図は非線型変換のグラフである。第
３図は出力信号に生じたスペクトル変化の立体グ
ラフである。第４図は高調波フオルマントサブシ
ステムの動作を示す立体グラフである。第５図は
組合せた楽音発生システムの概略的なブロツク図
である。第６図は本発明の別の実施例の概略的な
ブロツク図である。第７図は実行制御回路の詳細
を示す概略図である。第８図は本発明が適用でき
る複音シンセサイザをブロツク形式にて示したも
のである。 第１図において、１１は音響システム、１２は
鍵盤スイツチ、１４は音調検出・割当回路、１６
は実行制御回路、１９は語カウンタ、２０は高調
波カウンタ、２１は加算器アキユムレータ、２２
はゲート、２３はメモリアドレスデコーダ、２４
は正弦波関数表、２７は高調波係数メモリ、３
３，２０４，２１１は加算器、３４は主レジス
タ、３５は音調レジスタ、３７は音調クロツク、
４２はクロツク選択回路、４７はＤ−Ａ変換器、
５５は加算器、７０はフオルマントクロツク、７
２は比較器、７３はフオルマント係数メモリ、２
０１は多項式表、２０２はフオルマント乗算器、
２０３は乗算器、２０５は変換データメモリ、２
０６はデータ選択回路、２０７はラウドネススケ
ーラ、２０８は２の補数回路、２０９は右シフト
回路、２１０は加算器−アキユムレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オーデイオ波形信号を規定する等間隔に置か
   れたサンプル点の振幅データを計算サイクルで計
   算し、その振幅データを発生する楽音のピツチに
   比例する速度で音調レジスタからＤ−Ａ変換器に
   転送する楽音発生器を有する楽器において、 前記複数のサンプル点からなる主データセツト
   を後から読出すために書き込む主レジスタと、 アドレスとしての入力データを変換して出力す
   るための変換データを記憶するための変換データ
   メモリ手段と、 前記計算サイクルの第１段階に、前記変換デー
   タメモリ手段に記憶するために前記入力データに
   対する出力が非線形特性となる変換データを計算
   する計算手段と、 前記計算サイクルの第２段階に、該変換データ
   メモリからの前記変換データを前記主レジスタに
   書き込まれる前記主データセツトとするために、
   前記変換データを前記変換データメモリから読出
   すための前記アドレスとしての入力データを発生
   するアドレス手段と、 前記主データセツトのそれぞれの値から前記主
   データセツトの平均値を零平均値にするための値
   を作成する手段と、 該作成された値と前記主レジスタから読出され
   た前記主データセツトのそれぞれの値とを加算
   し、零平均値された主データセツトを作成する加
   算手段と、 該零平均値された主データセツトを前記音調レ
   ジスタへ転送し、前記Ｄ−Ａ変換器より可変スペ
   クトル内容を有する楽音を発生させるための装
   置。