JPH04230795A - 波形発生方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の波形の補間演算
により、時間変化を自在につくり出し、自然な感じの音
声や楽音を作り出すようにした波形発生方法であって、
音声合成器や電子楽器に適したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、楽音波形の発生方法としては、複
数の波形をメモリに記憶しておき、この波形の１つを所
定回繰り返して、順次つぎの新たな波形に切り替えてゆ
くことによって、音声波を合成する方法がある。また、
他に特願昭５５−１５５０５３号のように、複数の波形
の補間計算を行なう方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の方法で
は波形の切り替わり時に全く異なるスペクトルをもつ波
形をつなぐために、なめらかな音質の変化ができず、不
要な雑音が発生する。また、第２の方法を用いた場合、
自由な波形を発生させるためには、さらに工夫が必要で
ある。

【０００４】本発明は、ある波形から別の波形への推移
がなめらかで、かつ、その推移が波形の周期にとらわれ
ることなく自由に行なえる波形発生方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の波形発生方法は
、様々な周期を有するＮ個（Ｎは正の整数）の波形を記
憶するＮ枚の波形メモリのうちＮより十分少ない複数の
波形メモリより波形サンプルを読み出してこれらの差サ
ンプルを発生させ、零値または実質的零値を有する窓関
数を発生させて、上記差サンプルと上記窓関数とを乗算
し、その積を上記複数の波形サンプルの１つに加算して
出力波形を得、上記窓関数が零値または実質的零値にお
いて、上記波形メモリの読み出しを切り換えるようにし
たものである。

【０００６】

【作用】本発明は上記した方法をとることにより、波形
の切り替わり点でのスペクトルがなめらかに変化するの
で、不要な雑音の発生がない。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例のブロック図である
。図１において、１，２は楽音の波形を発生する波形発
生器であり、複数種類の波形ＷＩ１〜ＷＩ５を記憶した
メモリ５と、ＷＩＩ１〜ＷＩＩ５を記憶したメモリ６か
ら波形のサンプルを所定の順序で読み出す。読み出され
た波形サンプルは、乗算器７と８に供給される。３，４
は窓関数発生器であって、後述する窓関数波を出力する
。乗算器７と８は、波形と窓関数を乗算し、加算器９は
その積の和を算出する。エンベロープ発生器１０と乗算
器１１は、加算器９の出力波形に、エンベロープ変化を
付加する。乗算器１１の出力はディジタルアナログ変換
されて音波形となり出力される。

【０００８】次に波形と窓関数について説明する。波形
ＷＩ１〜ＷＩ５，ＷＩＩ１〜ＷＩＩ５はそれぞれ、自然
音声や楽器音の一周期分より構成されているものとする
。そして、図２（ａ）に示すように、ＷＩ１〜ＷＩ５の
各区間において、波形ＷＩ１〜ＷＩ５のそれぞれが繰り
返される。 一方、窓関数は図２（ｂ）に示すように、ＦＩ１〜ＦＩ
５のような三角形状の関数とする。波形ＷＩ１〜ＷＩ５
とＷＩＩ１〜ＷＩＩ５、窓関数ＦＩ１〜ＦＩ５とＦＩＩ
１〜ＦＩＩ５は図２（ａ）と（ｃ）、（ｂ）と（ｄ）と
を対比するとわかるように、波形の切り替え時刻と、窓
関数の位相かそれぞれたがいに異なっている。

【０００９】時刻ｎＴにおける波形ＷＩｉのサンプル値
をＷＩｉ（ｎＴ）、窓関数をＦＩｉ（ｎＴ）、波形ＷＩ
Ｉｉのサンプル値をＷＩＩｊ（ｎＴ）、窓関数をＦＩＩ
ｊ（ｎＴ）とすると出力波形ＷＯ（ｎＴ）は（数１）と
なる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ＷＩｉ区間において、波形ＷＩｉは繰り返
し読み出され、Ｒｉ波を発生する。Ｒｉの値は窓関数Ｆ
Ｉｉの時間長に依存し、整数のときもあるが、小数のと
きもある。小数のときは波形ＷＩｉの途中から波形ＷＩ
ｉ＋１に切り替わる。この場合、波形ＷＩｉとＷＩｉ＋
１の位相は必ずしも連続でないから、波形間でなめらか
に推移するとは限らないが、窓関数ＦＩｉからＦＩｉ＋
１に移るときに零値を経るから、乗算出力ＷＩｉ×ＦＩ
ｉはなめらかに推移する。乗算出力ＷＩＩｊ×ＦＩＩｊ
についても同様のことが云える。すなわち、波形ＷＩｉ
，ＷＩＩｊの位相，繰り返し回数のいかんにかかわらず
、乗算出力においては、出力波形の瞬時値の不連続や、
微係数の不連続がないので不要な雑音が発生しない。こ
の様子を図２（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示す。同図（ｅ
）は波形、（ｆ）は窓関数、（ｇ）は積である。

【００１２】波形ＷＩｉとしては、区間ＷＩｉにおいて
、一周期の波形を繰り返すようにしたが、その代りに１
区間内の全波形をメモリ５に記憶しておき読み出すよう
にしてもよい。このときも、区間の接点における不連続
は生じない。

【００１３】波形ＷＩｉからＷＩｉ＋１に移行する際に
、それらの波形が同一形状であって、ただ初期位相が異
なるようなものにしてもよい。このときには、波形ＷＩ
ｉ＋１を省略して波形ＷＩｉの読み出しアドレスを不連
続にジャンプさせれば良いのでメモリが節約できる。こ
のような制御は、波形発生器１，２の出力するアドレス
コードを操作することにより可能となる。

【００１４】図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、
波形の区間と窓関数の別の例である。区間ＷＩ１におい
て窓関数ＦＩ１を一定値としているので、波形ＷＩ１が
そのまま乗算器７の出力として現われる。一方、窓関数
ＦＩＩ１を零としているので、波形ＷＩＩ１は不要であ
る。

【００１５】区間ＷＩ１からＷＩ２への切り替わりにお
いては、窓関数ＦＩ１とＦＩ２の間に零がないので、波
形ＷＩ１とＷＩ２は連続波形とする必要がある。すなわ
ち、区間ＷＩ１とＷＩ２を１つの区間とみなし、窓関数
としてＦＩ１とＦＩ２を合わせた台形波とみなせば良い
。

【００１６】図２と図３の例では、

【００１７】

【数２】

【００１８】とした。したがって（数１）の代りに（数
３）の演算を行なっても良い。

【００１９】

【数３】

【００２０】あるいは、

【００２１】

【数４】

【００２２】すなわち、２つの波形のうちの一方のサン
プル値に、２つの波形サンプルの差分値と、窓関数の積
を加えるという操作を行なうことになる。

【００２３】次に図２を用いて、波形ＷＩｉからＷＩＩ
ｉ＋１、あるいは波形ＷＩＩｉからＷＩｉへの補間が行
なわれることについて説明する。図２（ｂ）のＦＩｉの
立下り（時刻Ｔ０〜Ｔ１）に着目すると、波形ＷＩ１の
レベルは単調に減少する。一方、ＦＩＩ２は立上るから
、波形ＷＩＩ２はそのレベルが増加する。ＷＩ１とＷＩ
Ｉ２の各周波数成分の位相が一致している場合、各周波
数成分について、波形ＷＩ１のレベルからＷＩＩ２のレ
ベルへ直線的に変化してゆく。位相はそのまま保存され
る。すなわち、各周波数スペクトルレベルが直線補間さ
れる。波形ＷＩ１とＷＩＩ２の各周波数成分の位相が一
致していないときは、レベルの補間のみならず、位相角
を含めたベクトル加算として考える必要が出てくる。こ
のときは位相と振幅が共に変化してゆく。この様子の例
を図４に示す。波形ＷＩ１のベクトルから波形ＷＩＩ１
のベクトルへ直線上を合成ベクトルＷ０が移ってゆく。

【００２４】図５は、窓関数の他の例である。ＦＩｉと
ＦＩｉ＋１の間に有限の零区間を設けており、波形ＷＩ
ｉとＷＩｉ＋１は、この零区間の中で切り替わる。した
がって、波形ＷＩｉとＷＩｉ＋１の間に不連続があって
もＷＩｉ×ＦＩｉとＷＩｉ＋１×ＦＩｉ＋１のつながり
には不連続が発生しない。零区間があるため、波形ＷＩ
ｉとＷＩＩｉの間は直線補間から少しずれるが、実用上
問題ない。

【００２５】図６は、ＦＩｉとＦＩＩｉのそれぞれを台
形とし、かつ、

【００２６】

【数５】

【００２７】または、

【００２８】

【数６】

【００２９】としたものである。この場合は台形の頂上
部で一方の波形のみが出力される。台形の傾斜部では両
波形の１次補間となる。

【００３０】図７は、本発明の別の実施例である。１０
１は各区間の波形を記憶したメモリである。１００はメ
モリ１０１に対してアドレスを供給し、所定のアドレス
の波形サンプルを読み出して出力する波形発生器である
。波形発生器１００の出力は、乗算器１０２と加算器１
０４に供給される。乗算器１０２の出力は加算器１０４
に供給される。加算器１０４の出力が出力波形データと
なる。１０３は窓関数発生器であって、後述する窓関数
データを乗算器１０２に供給し、かつ、波形発生器１０
０に波形の切り替え指令を出力する。

【００３１】メモリ１０１には、波形ＷＩ１〜ＷＩ６，
ＷＩＩ１〜ＷＩＩ６が順番に格納されている。図８は（
数７）に従う演算処理の手順を示している。

【００３２】

【数７】

【００３３】以上のような演算を、波形の各サンプル値
に対して行なえば、ＷＩｉとＷＩＩｉ＋１または〜ＷＩ
ＩｉとＷＩｉの間のなめらかな波形の推移が実現できる
。窓関数Ｆ２ｉ，Ｆ２ｉ−１は単調１次減少波形である
。

【００３４】Ｆ２ｉ−１，Ｆ２ｉの代りに、

【００３５
】

【数８】

【００３６】

【数９】

【００３７】を満足する。Ｆ２ｉ−１，Ｆ２ｉを用いて
（数７）を変形した別の演算式を実行しても良い。

【００３８】図９は、窓関数Ｆｊの別の形の例である。 ここでは、三角形の頂点と次の三角形の始点に、平坦部
分を設けている。この平坦部分において波形の切り替え
を行なう。

【００３９】上記説明において、窓関数として、三角形
，台形，直角三角形などを使う例を述べた。これらの関
数は、ディジタル回路により容易に発生できる。たとえ
ば、システムクロックパルスを分周したものを、カウン
タで計数することにより発生できる。アップダウンカウ
ンタにより対称三角波ができる。アップカウンタまたは
ダウンカウンタにより直角三角形ができる。カウンタへ
のクロック周波数を変えることにより、傾きを変えるこ
とができる。カウンタ出力が零になったときに、波形発
生器１，２，１００へ波形切替指令の出力を供給するこ
とにする。カウンタ出力が零や全部“１”のときにクロ
ックを一時停止すれば、零区間を設けることができる。 他の方法として、所定の小さな値ΔＦを加算器で累算し
てゆけば、１次単調増加関数を発生できる。所定の値を
越えた時に累算値を零にリセットするようにすれば、図
８（ｃ）のような関数が得られる。加減算器を用いてお
き、加算を減算に切り替えれば図２（ｂ），（ｄ）の関
数が得られる。この方法では、ΔＦを変えることにより
、各区間の時間長が設定できる。

【００４０】楽器のように長い間、楽音を発生し続ける
必要があるときの終了処理について説明する。メモリ１
０１が非常に大きければ長い音を出せるが、早晩メモリ
を読みつくしてしまう。メモリの終りの区間に到達した
ときには、次の処理を行なう。 （１）　　窓関数の最終値を保持し、その区間の波形を
それまでと同様に繰り返し読み出し続ける。 （２）　　窓関数の最終値に到達したら、以前の窓関数
にもどり、波形もそのもどった区間の波形を読み出す。

【００４１】（１）によると、最後の波形が繰り返され
るので、時間的変化がなくなる。（２）によれば、所定
の区間の波形が繰り返し出力されるので、時間的変動の
伴った音となる。

【００４２】さらに３番目の方法として、最終波形の読
み出し位相をランダムに変えるようにしても良い。この
ときは、位相変調が窓関数に応じて付加されるので多少
の時間変動が生じる。

【００４３】上記説明においては、２種の波形の間の補
間演算として説明した。波形と窓関数をさらに増やして
次ぎの一般式を実行するようにしてもよい。

【００４４】

【数１０】

【００４５】この場合、単純な直線補間からは、はずれ
，高次の補間とみなすことができる。

【００４６】また、窓関数としては、三角形，台形を用
いて説明したが、２次曲線や他の形状の関数を用いるこ
とも考えられる。一般的には図１０に示したように零区
間を備えた任意の波形が使える。

【００４７】波形の形状により、補間式が変わるから、
直線補間からずれることになるが、より自然な時間変化
をもった音をつくり出すことができる。窓関数に適当な
変動成分を重畳させれば、複数の波形間での振幅の変動
が発生するから、振幅変調効果に使うことができる。こ
れは（数１１）で表わせる。

【００４８】

【数１１】

【００４９】Ｆはもとの窓関数、ＡＭは重畳成分、Ｆｘ
は新しい窓関数である。ただし、波形の切り替わり時点
でＦｘが零であるように、ＡＭを決めなければならない
ことはもちろんである。

【００５０】（数１１）の代りに、任意の関数Ｅを用い
て、次式のような窓関数を生成させてもよい。

【００５１】

【数１２】

【００５２】図１において、（数１２）を用いて窓関数
ＦｘＩｉとＦｘＩＩｉをつくると、Ｅをエンベロープデ
ータとみなし得るから、窓関数によりエンベロープ制御
ができる。振幅変調に用いることもできる。

【００５３】図１，図７の実施例では、窓関数発生器３
，４，１０３が関数を発生させるようにしたが、メモリ
に窓関数波形を記憶しておき、これを読み出しても良い
。

【００５４】図１，図７では図示していないが、窓関数
のそれぞれの時間長は、波形の区間長と対応しているも
のであるから、波形の区間長データを、メモリ５，６，
１０１に、波形と共に記憶させておき、この区間長デー
タを窓関数発生器が順次読み出して、所定の時間長の窓
関数を生成するようにするのが好ましい。

【００５５】波形発生器１，２，１００は、メモリに記
憶している波形データを読み出すようにしたが、波形発
生器がデータ処理をしたり、あるいは自身で波形をつく
り出すようなものでも良い。

【００５６】波形の発生は、楽音の周波数の一周期サン
プル数倍に対応した周期または平均的周期で行なうのが
普通である。これに対して、窓関数は実時間に対応して
発生させる場合がある。このときは、それぞれの実時間
上の時刻位置が必ずしも完全に同期しない。しかしなが
ら、窓関数の変化は、波形の変化よりゆっくりしている
ことが多いから、窓関数のサンプル値として、本来の時
刻位置の前後の値を採用しても、大幅な誤差にならない
場合が多い。すなわち、波形の発生と窓関数の発生とは
同期を完全にとる必要はない。この場合、一次直線型の
窓関数を用いても直線上で多少の増減が発生することに
なるが実用上さしつかえない。

【００５７】なお上記説明では、楽音や音声の一波を中
心に述べたが、一波でない多数波よりなる波形やその他
の任意の波形や、音以外の波形、たとえば、映像信号や
種々の信号に対しても適用できる。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、様々な周期を有するＮ個（Ｎ
は正の整数）の波形を記憶するＮ枚の波形メモリのうち
Ｎより十分少ない複数の波形メモリより波形サンプルを
読み出してこれらの差サンプルを発生させ、零値または
実質的零値を有する窓関数を発生させて、上記差サンプ
ルと上記窓関数とを乗算し、その積を上記複数の波形サ
ンプルの１つに加算して出力波形を得、上記窓関数が零
値または実質的零値において、上記波形メモリの読み出
しを切り換えるようにしたものである。

【００５９】したがって、時々刻々に変化してゆく自然
音声や、自然楽器の音を余分な雑音の発生を伴わずに合
成することができる。複数種の波形の位相をそろえる必
要がないから、振幅の推移だけでなく、位相の推移を補
間的に再現できる。位相の推移を連続させれば、周波数
が変化するから、本来の波形の周期からずれた高調波性
のない音をつくり出すこともできる。さらには、複数種
の波形の位相関係をずらしたり、あるいは、１つの波形
の読み出しアドレスを区間ごとに順次変えてゆくことに
より、ビブラートや位相変調効果あるいは遅延時間変調
をつくることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波形発生方法の一実施例のブロック図

【図２】本発明の波形演算方法を説明するための図

【図
３】本発明の波形演算方法を説明するための図

【図４】
本発明に係る位相と振幅の補間を説明するためのブロッ
ク図

【図５】本発明に係る他の窓関数を用いた場合の波形演
算方法を説明するための図

【図６】本発明に係る他の窓関数を用いた場合の波形演
算方法を説明するための図

【図７】本発明の別の実施例のブロック図

【図８】図７
に示す実施例の波形演算方法を説明するための図

【図９】本発明において適用可能な窓関数波形の一例を
示す図

【図１０】本発明において適用可能な窓関数波形の一例
を示す図

【符号の説明】

１，２，１００　　波形発生器 ３，４，１０３　　窓関数発生器 ７，８，１０２　　乗算器 ９，１０４　　加算器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】様々な周期を有するＮ個（Ｎは正の整数）
   の波形を記憶するＮ枚の波形メモリのうちＮより十分少
   ない複数の波形メモリより波形サンプルを読み出してこ
   れらの差サンプルを発生させ、零値または実質的零値を
   有する窓関数を発生させて、上記差サンプルと上記窓関
   数とを乗算し、その積を上記複数の波形サンプルの１つ
   に加算して出力波形を得、上記窓関数が零値または実質
   的零値において、上記波形メモリの読み出しを切り換え
   るようにしたことを特徴とする波形発生方法。
2. 【請求項２】窓関数が実質的に三角形または台形である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波形発生
   方法。
3. 【請求項３】様々な周期を有するＮ個（Ｎは正の整数）
   の波形を記憶するＮ枚の波形メモリと、複数の波形発生
   器と窓関数発生器と乗算器とを備え、上記波形発生器は
   上記Ｎ枚の波形メモリのうちＮより十分少ない複数の波
   形メモリより波形サンプルを読み出し、零値または実質
   的零値を有する窓関数を、上記Ｎより十分少ない複数の
   数だけ上記窓関数発生器より発生させて、上記読み出し
   た複数の波形サンプルと上記発生した複数の窓関数とを
   それぞれ乗算し、その積を加算して出力波形を得、上記
   窓関数が零値または実質的零値において、上記波形メモ
   リの読み出しを切り換えるようにしたことを特徴とする
   波形発生方法。
4. 【請求項４】複数の波形発生器，窓関数発生器，乗算器
   が時分割的に作動される単一の波形発生器，窓関数発生
   器及び乗算器であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の波形発生方法。
5. 【請求項５】波形発生器が波形の書き込まれたメモリか
   らその波形を読み出すことにより波形を発生させること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の波形発生方法
   。
6. 【請求項６】窓関数の和が実質的に一定であるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の波形発
   生方法。
7. 【請求項７】窓関数が実質的に台形であることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の波形発生方法。