JPH052390A

JPH052390A - 楽音変調装置および楽音変調装置を用いた電子楽器

Info

Publication number: JPH052390A
Application number: JP3154922A
Authority: JP
Inventors: Makoto Iwaooji; 誠岩大路; Tetsukazu Nakae; 哲一仲江
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3203687B2

Abstract

(57)【要約】【目的】楽音信号を音声信号で変調する楽音変調装置
に関し、楽音の特性をより複雑多彩に変化させ、かつ楽
音信号と音声信号の各スペクトル・エンベロープが大き
く異なる場合でも十分な変調効果を得ることを目的とす
る。【構成】楽音信号１１と音声信号１５は、ＢＰＦ群１
６′とＢＰＦ１７により、それぞれ複数の周波数帯域内
の各楽音信号と音声信号に分割される。エンベロープ抽
出回路１８は各音声信号から各エンベロープ信号を抽出
する。ＢＰＦ切り換え回路７２は、楽音信号の音色に応
じて、ＢＰＦ群１６′内の複数のＢＰＦ出力のうち１つ
を選択する。そして、この選択された有効な信号成分を
有する各楽音信号が、ＶＣＡ２０で、各エンベロープ信
号により変調される。同様の動作は、ディジタルフィル
タで構成されるＢＰＦにおいてフィルタ係数を切り換え
ることによっても実現され、また、楽音信号と音声信号
の周波数帯域の対応付けを任意の組合せで行うこともで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子楽器等の楽音発生
装置から発生される楽音を音声で変調することにより、
発生される楽音が音声に対応して変化する効果を付加す
ることのできる楽音変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子楽器の普及に伴い、演奏者が自分の
演奏意志をより簡単かつ効果的に楽音に反映させること
のできる電子楽器が求められている。

【０００３】そのような電子楽器の一形態として、演奏
者の発声などによって得られる音声信号により、楽音信
号に変調をかけることのできるいわゆるボコーダがあ
る。図２８は、本願出願人により出願（特願平１−２４
３６７６号）された、上述のような機能を有する電子楽
器の従来例の構成図である。

【０００４】同図においては、機能ＳＷ（スイッチ）１
は、鍵盤や音色切り換えスイッチを含んでおり、演奏者
が鍵盤を弾くとその鍵盤のオン／オフ、ベロシティ等の
演奏情報が機能ＳＷ信号２としてＣＰＵ３に取り込まれ
る。ＣＰＵ３は、その演奏情報をもとに、音色ＲＯＭ４
から楽音波形データ５とエンベロープデータ６を読み込
み、音源８を制御するための制御信号７を発生する。こ
れに基づいて音源８から発せられるディジタル楽音信号
９は、Ｄ／Ａ変換器１０においてアナログ楽音信号１１
に変換され、複数の帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,・・
・,N) に入力する。

【０００５】一方、演奏者がマイク１３に向かって発声
すると、それがマイクアンプ１４で増幅され、音声信号
１５として複数の帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,・・
・,N)に入力する。

【０００６】帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,・・・,N)
のそれぞれは、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１６および
１７によって、アナログ楽音信号１１および音声信号１
５を、複数の周波数帯域の各帯域に分割する。

【０００７】この場合、１つの帯域別変調回路のＢＰＦ
１６および１７は、アナログ楽音信号１１および音声信
号１５を同一の周波数帯域の各成分のみを通過させるよ
うに機能する。

【０００８】さらに、各帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,
・・・,N) において、エンベロープ抽出回路１８は、Ｂ
ＰＦ１７から出力される帯域制限された音声信号から振
幅包絡（エンベロープ）成分を抽出し、エンベロープ信
号１９として出力する。そして、電圧制御増幅器２０
（ＶＣＡ）は、上記エンベロープ信号１９に基づいて、
ＢＰＦ１６から出力される帯域制限されたアナログ楽音
信号に対して振幅変調をかける。

【０００９】このようにして、各帯域別変調回路１２t
(t ＝1,2,・・・,N) において各周波数帯域成分毎に振
幅変調されたアナログ楽音信号はミキサー２１によって
累算され、全周波数帯域の出力楽音信号２２として、ア
ンプ２３で増幅された後、スピーカ２４から放音され
る。

【００１０】以上のような構成の従来例により、人間の
声のスペクトルが複数帯域に分割して分析され、そこか
ら取り出された各帯域毎のエンベロープ信号に基づい
て、ＶＣＡ２０において楽音信号に振幅変調がかけられ
ることにより、楽器音の倍音成分に人間の声のニュアン
スを付加することが可能となる。

【００１１】すなわち、演奏者は、演奏操作子を操作し
ながら声を発することにより、演奏操作子で与えた音高
（ピッチ）を有する楽音を、自ら発する声のニュアンス
で変調して発声させることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のボコー
ダのＢＰＦでは、例えば図２９に示されるように、１０
個の帯域に分割された楽音信号のそれぞれは、各楽音信
号の帯域と同じ帯域の音声信号によって振幅変調され
る。

【００１３】そのため、図３０に示されるように、帯域
別変調回路に入力される楽音信号と音声信号のそれぞれ
の倍音成分によって定まるスペクトル・エンベロープの
周波数軸上の位置が大きく異なる場合には、ボコーダ本
来の効果が発揮されず、出力される楽音の音量も小さく
なってしまうという問題点を有する。

【００１４】そのほか、従来のボコーダは、楽器の音色
を人の音声に似せることは可能であったが、それ以上
の、より多彩な音色変化を期待することはできなかっ
た。本発明の課題は、単に楽音を音声に似せるのみでな
く、楽音の特性をより複雑多彩に変化させ、かつ楽音信
号と音声信号の各スペクトル・エンベロープが大きく異
なる場合でも、その効果が薄められないような音声制御
電子楽器を実現することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず、ディジ
タル楽音信号をそのディジタル楽音信号の周波数特性に
対応した複数の異なる周波数帯域内に帯域制限された各
ディジタル楽音信号に分割する第１のディジタルフィル
タリング手段を有する。同手段は、例えば複数組のフィ
ルタ係数を記憶する係数記憶手段と、ディジタル楽音信
号の特性に対応したフィルタ係数の組を係数記憶手段か
ら読み出し、そのフィルタ係数の組を使用してディジタ
ル楽音信号を上記フィルタ係数で定まる複数の異なる周
波数帯域内に帯域制限された各ディジタル楽音信号に分
割する演算を実行するフィルタ演算手段とから構成され
る。そして、第１のディジタルフィルタリング手段は、
例えばハイパスフィルタリング処理とローパスフィルタ
リング処理とからなるバンドパスフィルタリング処理を
実行する。

【００１６】つぎに、ディジタル音声信号を所定の複数
の異なる周波数帯域内に帯域制限された各ディジタル音
声信号に分割する第２のディジタルフィルタリング手段
を有する。同手段も、例えば第１のディジタルフィルタ
リング手段と同様のバンドパスフィルタリング処理を実
行する。

【００１７】また、第２のディジタルフィルタリング手
段からの各ディジタル楽音信号から各ディジタルエンベ
ロープ信号を抽出するエンベロープ抽出手段を有する。
同手段は、例えば直流近傍の周波数成分のみを通過させ
るローパスフィルタリング処理を行う。

【００１８】つづいて、第１のディジタルフィルタリン
グ手段からの各ディジタル楽音信号とエンベロープ抽出
手段からの各ディジタルエンベロープ信号とをそれぞれ
対応させて割り当てる割当て手段を有する。同手段は、
例えば第１のディジタルフィルタリング手段上の中心周
波数が若い周波数帯域に対応するディジタル楽音信号か
ら順に、第２のディジタルフィルタリング手段上の中心
周波数が若い周波数帯域に対応するディジタルエンベロ
ープ信号を固定的に割り当てる手段である。あるいは、
割当て手段における割当て状態を使用者等が任意に変更
可能としてもよい。

【００１９】さらに、第１のディジタルフィルタリング
手段からの各ディジタル楽音信号の特性を割当て手段で
割り当てられた各ディジタルエンベロープ信号で変調す
る変調手段を有する。同手段は、例えば第１のディジタ
ルフィルタリング手段からの各ディジタル楽音信号に割
当て手段で割り当てられた各ディジタルエンベロープ信
号を乗算する処理を実行する。

【００２０】そして、変調手段からの各出力を累算しデ
ィジタル出力楽音信号として出力する累算手段を有す
る。以上の構成において、各手段の処理は時分割処理と
して実行されるように構成することができる。

【００２１】なお、以上の構成は、アナログ回路によっ
て構成されてもよい。そして、以上のような構成を有す
る楽音変調装置は、独立したモジュールとして構成され
てもよいし、電子楽器に内蔵された形で構成されてもよ
い。内蔵される場合には、例えば、第１のディジタルフ
ィルタリング手段がディジタル楽音信号の分割を行う複
数の異なる周波数帯域は、現在発音中のディジタル楽音
信号の音色に対応して決定される、

【００２２】

【作用】楽音信号と音声信号は、それぞれ異なる周波数
エンベロープ特性を有する。そこで、本発明では、楽音
信号と音声信号がそれぞれ複数の異なる周波数帯域内に
帯域制限された各楽音信号と各音声信号に分割される。
そして、各楽音信号が各音声信号から得られる各エンベ
ロープ信号によって変調される。この結果、演奏者の音
声あるいは歌声などのニュアンスを有する楽音の発音が
実現される。

【００２３】ここで、楽音信号が複数の異なる周波数帯
域内に帯域制限された楽音信号に分割される場合、各周
波数帯域の周波数軸上での位置が楽音の周波数特性によ
って制御される。例えばフルートのような音色を有する
楽音の場合には、上記各周波数帯域は周波数軸上で高音
よりに配置される。また、トロンボーンのような音色を
有する楽音の場合には、上記各周波数帯域は周波数軸上
で中音域に配置される。さらに、シンセベースのような
音色を有する楽音の場合には、上記各周波数帯域は周波
数軸上で低音よりに配置される。

【００２４】この結果、有効な信号成分を有する各楽音
信号を、各音声信号に基づいて変調することができ、ボ
コーダとしての効果を有効に働かせることができる。さ
らに本発明では、割当て手段における各楽音信号と各エ
ンベロープ信号（各音声信号）との対応関係を、使用者
等が任意に設定できるように構成されることにより、発
音される楽音の特性をより複雑多彩に変化させることが
できる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき説明する。第１の実施例＜構成＞図１は本発明による第１の実施例の全体構成を
示すブロック図である。

【００２６】同図において、機能ＳＷ（スイッチ）１
は、鍵盤や音色切り換えスイッチを含んでおり、演奏者
が鍵盤を弾くと、その鍵盤のオン／オフ、ベロシティ等
の演奏情報が機能ＳＷ信号２としてＣＰＵ３に取り込ま
れる。ＣＰＵ３は、その演奏情報をもとに、音色ＲＯＭ
４から楽音波形データ５とエンベロープデータ６を読み
込み、音源８を制御するための制御信号７を発生する。
これに基づいて音源８から発せられるディジタル楽音信
号９は、Ｄ／Ａ変換器１０においてアナログ楽音信号１
１に変換される。

【００２７】その後、複数の帯域別変調回路１２t (t＝
1,2,・・・,N) の各々において、３種類の異なる特性の
バンドパスフィルタ（以後、ＢＰＦと略称する）、ＢＰ
Ｆ（Ａ）、ＢＰＦ（Ｂ）、ＢＰＦ（Ｃ）を有するＢＰＦ
群１６′に入力される。

【００２８】この３種類のＢＰＦ（後述する）から出力
される各楽音信号のいずれかは、帯域別変調回路１２t
(t＝1,2,・・・,N) のそれぞれにおいて、ＣＰＵ３から
のＢＰＦ切り換え信号に基づいて動作するＢＰＦ切り換
え回路７２によって選択的に出力される。なお、このＢ
ＰＦ切り換え信号は、演奏者が機能スイッチ１内の特に
は図示しない音色切り換えスイッチを操作するのに対応
して、ＣＰＵ３から出力される。

【００２９】つぎに、上記３種類のバンドパスフィルタ
ＢＰＦ（Ａ）、ＢＰＦ（Ｂ）、ＢＰＦ（Ｃ）の各周波数
帯域を図２に示す。同図において、フルート型音色に対
応するＢＰＦ（Ａ）は、フルートのように高音域に比較
的レベルの強い周波数成分を有する楽音信号に対応する
ＢＰＦであり、つぎのトロンボーン型音色に対応するＢ
ＰＦ（Ｂ）は、トロンボーンのように中音域に比較的レ
ベルの強い周波数成分を有する楽音信号に対応するＢＰ
Ｆである。またシンセベース型音色に対応するＢＰＦ
（Ｃ）は、シンセベースのように低音域に比較的レベル
の強い周波数成分を有する楽音信号に対応するＢＰＦで
ある。ここで、１〜１０の帯域番号は、それぞれ図１の
帯域別変調回路１２t の各々に対応している。すなわ
ち、図２の場合、図１において、Ｎ＝１０であり、ｔの
値は１から１０までの値をとる。従って、図１のディジ
タル楽音信号９が例えばフルート型の音色を有するなら
ば、各帯域別変調回路１２t において、ＣＰＵ３からの
ＢＰＦ切り換え信号に基づいて動作するＢＰＦ切り換え
回路７２によってＢＰＦ（Ａ）の出力が選択され、各帯
域別変調回路１２t に対応する帯域番号の帯域制限（図
２のＢＰＦ（Ａ）の欄の各範囲で示される）がなされた
楽音信号が選択される。

【００３０】一方、演奏者がマイク１３に向かって発声
すると、マイクアンプ１４を介して得られる音声信号１
５が、上述の帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,・・・,N)
に入力され、各帯域別変調回路１２t のＢＰＦ１７によ
って、図２のＢＰＦ１７の各帯域番号に対応する帯域制
限がなされる。

【００３１】以上のようにして、ＢＰＦ切り換えスイッ
チ２０によって切り換えられたバンドパスフィルタＢＰ
Ｆ（Ａ）、ＢＰＦ（Ｂ）、ＢＰＦ（Ｃ）から出力された
楽音信号、およびＢＰＦ１７から出力される音声信号
は、ともに図２に示されるように、それぞれ１０個の同
じ帯域番号毎に組み合わされて、つぎに述べる振幅変調
動作が行われる。

【００３２】すなわち、各帯域別変調回路１２t(t ＝1,
2,・・・,N) において、エンベロープ抽出回路１８は、
ＢＰＦ１７によって帯域制限された音声信号から、振幅
包絡（エンベロープ）成分を抽出しそれをエンベロープ
信号１９として出力する。

【００３３】そして、前述したようにＢＰＦ群１６′の
内のいずれかのＢＰＦで帯域制限された楽音信号は、Ｂ
ＰＦ切り換え回路７２を介してＶＣＡ(Voltage Control
ledAmplifier)２０に入力される。そのあと、同楽音信
号はＶＣＡ２０において、上記エンベロープ信号１９に
基づいて、その楽音信号と同じ帯域番号の帯域の音声信
号によって振幅変調される。

【００３４】例えばＢＰＦ切り換え回路７２でフルート
型音色に対応するＢＰＦ（Ａ）が選択された場合、図２
に示されるように、帯域番号１の300 〜450Hz の帯域の
楽音信号成分は、同じ帯域番号１の音声信号の帯域130
〜200Hz の音声信号成分によって振幅変調される。

【００３５】このようにして、各帯域別変調回路１２t
(t ＝1,2,・・・,N) において各周波数帯域毎に振幅変
調されＶＣＡ２０から出力されたアナログ楽音信号は、
ミキサー２１によって累算され、全周波数帯域の出力楽
音信号２２として、アンプ２３で増幅された後、スピー
カ２４から放音される。

【００３６】以上のように第１の実施例では、複数の周
波数帯域に分割された楽音信号は、その分割された周波
数帯域と異なる周波数帯域に分割された音声信号により
振幅変調されることが可能となる。第２の実施例以上説明した第１の実施例では、ＣＰＵ３、音色ＲＯＭ
４、音源８以外は、すべてアナログ回路で構成されてい
るが、つぎに、発音回路以外をすべてディジタル回路で
構成した、本発明による第２の実施例を説明する。＜構成＞図３は、本発明を鍵盤楽器に適用した第２の実
施例の全体の構成を示すブロック図である。

【００３７】同図において、演奏者がキーボード３３で
鍵盤操作を行ったり、あるいは機能スイッチ３４によっ
て音色設定や各種の効果設定等のスイッチ操作を行う
と、それらの演奏情報がバス４１を介してＣＰＵ（中央
演算制御装置）２５に送られる。

【００３８】ＣＰＵ２５は、ＲＯＭ(Read Only Memory)
２６に記憶されたプログラムを実行し、ＲＡＭ(Random
AccessMemory)２７をワークメモリとして演奏情報の処
理を行う。このようにして処理された演奏情報、例えば
ノートオン／オフ、ベロシティ、音色設定データなど
は、バス４１を介して楽音発生回路３１に送られる。同
回路３１は、上記演奏情報にしたがって楽音の生成を行
う。なお、楽音発生回路３１の楽音発生方式としては、
例えばＰＣＭ方式、変調方式、倍音加算方式などが用い
られる。

【００３９】つぎに、楽音発生回路３１にて生成された
ディジタル楽音信号（以後、単に楽音信号と呼ぶ）ｘ
(n) は、楽音信号専用のバス４２を介してＤＳＰ２８に
入力される。

【００４０】一方、演奏者がマイク３５に向かって歌を
歌うと、マイクアンプ３６を介して得られるアナログ音
声信号がローパスフィルタ３７を介してＡ／Ｄ変換器３
８に入力され、ディジタル音声信号（以後、単に音声信
号と呼ぶ）ｐ(n) に変換されてＤＳＰ２８に入力され
る。なお、アナログ音声信号はマイクロフォンからでな
く、ライン入力端子LINE IN から入力されるようにして
もよい。

【００４１】ＤＳＰ２８は、楽音発生回路３１から入力
される楽音信号ｘ(n) 、およびＡ／Ｄ変換器３８から入
力される音声信号ｐ(n) に基づいて、後述するディジタ
ルフィルタ演算のための各種係数を記憶したフィルタ係
数ＲＯＭ２９、あるいはディジタルフィルタ演算のため
のデータを記憶するワークＲＡＭ３０を用いて、後述す
る振幅変調処理を行う。

【００４２】ＤＳＰ２８での振幅変調処理により得られ
たディジタル出力楽音信号ｚ（ｎ）は、専用のバス４３
を介してＤ／Ａ変換器３２へ送られ、ここでアナログ出
力楽音信号に変換され、アンプ３９を介しスピーカ４０
から放音される。

【００４３】つぎに、ＤＳＰの構成および機能について
説明する。＜ＤＳＰの構成＞図４は、ＤＳＰ２８の全体構成図であ
る。

【００４４】同図において、まず、インタフェース２８
１は、ＣＰＵ２５に接続されるバス４１、楽音発生回路
３１に接続されるバス４２、Ａ／Ｄ変換３８に接続され
るバス、およびＤ／Ａ変換器３２に接続されるバス４３
を収容し、各バスとＤＳＰ内部の回路とを接続する。

【００４５】オペレーションＲＯＭ２８２は、ＤＳＰ２
８全体の動作を規定するマイクロプログラムを格納した
ＲＯＭであり、アドレスカウンタ２８３からの指定アド
レスに基づいて対応するプログラム命令が読み出され
る。図３のＣＰＵ２５は、アドレスカウンタ２８３にデ
ータをセットすることにより、オペレーションＲＯＭ２
８２から如何なるプログラムを読み出して後述の変調処
理を実行するかを、アドレスカウンタ２８３に指示す
る。

【００４６】オペレーションＲＯＭ２８２の出力は、デ
コーダ２８４にも与えられ、ＤＳＰ２８内の各回路に各
種の制御信号を出力し、所望の動作を行わせる。一方、
ＤＳＰ２８の内部バスには、図３のフィルタ係数ＲＯＭ
２９およびワークＲＡＭ３０が接続されて、オペレーシ
ョンＲＯＭ２８２のプログラム命令にしたがってフィル
タ係数、楽音信号ｘ(n) 、音声信号ｐ(n) などがＤＳＰ
２８に対して供給され、あるいはワークＲＡＭ３０に入
出力される。

【００４７】レジスタ群２８７は、演算中のデータを一
時記憶する複数のレジスタからなり、乗算器２８５また
は加減算器２８６の各入出力端子に、内部バスを介して
接続されている。そして、加減算器２８６からの演算結
果（比較結果等）に基づいたジャッジ処理を実現するた
め、フラグレジスタ２８８を介してアドレスカウンタ２
８３へ、ジャッジ結果を示すフラグ信号が送出される。

【００４８】このフラグレジスタ２８８の出力に応じて
アドレスカウンタ２８３のアドレスが変更され、そのア
ドレスに応じてオペレーションＲＯＭ２８２からプログ
ラム命令が読み出される。このようにして、ジャッジ処
理が実現される。＜ＤＳＰの機能＞つぎに、ＤＳＰ２８の動作機能を図５
の機能ブロック図を用いて説明する。同図において、帯
域別変調部４４t(t ＝1 、2 、・・・、N)は、図１の第
１の実施例における帯域別変調回路１２t(t ＝1,2,3.・
・・N)と同様の機能を有し、ＤＳＰ２８上のソフトウエ
アの時分割処理により実現される。そして、各サンプリ
ング周期毎に動作し、各サンプリング周期の最後で各変
調部からの出力が、ＤＳＰ２８のソフトウエア処理によ
り実現される累算部４９で累算され、ディジタル出力楽
音信号ｚ（ｎ）として図３のＤ／Ａ変換器３２に出力さ
れる。

【００４９】各帯域別変調部４４t は、バンドパスフィ
ルタ部（ＢＰＦ部）４５と４６、エンベロープ抽出部４
７、および乗算部４８から構成される。ＢＰＦ部４５と
４６は、それぞれ後述するように、各帯域共通のソフト
ウエア処理によるハイパスフィルタと、各帯域別のソフ
トウエア処理によるローパスフィルタの組み合わせで実
現される。乗算部４８は、累算部４９と組み合わせられ
て、後述のように積和演算処理により実現される。

【００５０】つぎに、図５のＢＰＦ部４５、４６と、エ
ンベロープ抽出部４７の部分の詳細な基本的構成につい
て説明する。図３の楽音発生回路３１、およびＡ／Ｄ変
換器３８から、それぞれ入力される各サンプリング・タ
イミングｎ毎の楽音信号ｘ(n) と音声信号ｐ(n) は、Ｄ
ＳＰ２８の時分割処理によって、それぞれＮ個のＢＰＦ
部４５と４６でフィルタ処理される。

【００５１】各帯域別変調部４４-tのＢＰＦ部４５、４
６はともに同じ伝達関数Ｈt(z)を有する。本実施例で
は、このＢＰＦ部は図６に示されるように、各帯域共通
のハイパスフィルタ部と、各帯域別のローパスフィルタ
部のカスケード接続により実現される。この場合、ハイ
パスフィルタ部と、ローパスフィルタ部の伝達関数を、
それぞれＨ1(z)、Ｈ2t(z) とすると、上記ＢＰＦ部４
５、４６の伝達関数Ｈt(z)は図６に示すように、Ｈ1(z)
とＨ2t(z) の積で表される。

【００５２】図５のＢＰＦ４５の場合、楽音信号 x(n)
は、伝達関数Ｈ1(z)のハイパスフィルタ部でフィルタ処
理された後、伝達関数Ｈ2t(z) のローパスフィルタ部で
フィルタ処理され、帯域制限された楽音信号Ｙi(n)（た
だし、i ＝t)として出力される。

【００５３】また、ＢＰＦ４６の場合は、音声信号 p
(n) は、伝達関数Ｈ1(z)のハイパスフィルタ部でフィル
タ処理された後、伝達関数Ｈ2t(z) のローパスフィルタ
部でフィルタ処理され、帯域制限された音声信号Ｑj(n)
（ただし、j ＝t)として出力される。

【００５４】さらに、この帯域制限された音声信号Ｑj
(n)は、図５のエンベロープ抽出部４７での処理にかけ
られるが、この部分は図６のように、伝達関数Ｈ_Ej(z)
を有するカットオフ周波数の低いローパスフィルタ部に
より実現される。このようなローパスフィルタ部によ
り、帯域制限された音声信号Ｑj(n)からエンベロープ信
号Ｒj(n)が得られる。

【００５５】つぎに、伝達関数Ｈ1(z)のハイパスフィル
タ部、伝達関数Ｈ2t(z) とＨ_Ej(z)の各ローパスフィル
タ部の特性について、以下に詳細に説明する。＜伝達関数Ｈ1(z)のハイパスフィルタ部＞図７は、図６
のハイパスフィルタＨ1(z)をハードウエアのイメージで
示した構成図である。これは、２次のＦＩＲディジタル
フィルタであって、その伝達関数は、

【００５６】

【数１】

【００５７】で示される。図７において、５０、５１の
Ｚ^-1はサンプリング・クロック１周期分の遅延を与える
遅延素子を表し、５５、５６は加算器である。また５
２、５３、５４は乗算器であり、×2 、×1 、×1/4 の
係数は、それぞれ乗算器に乗算される乗算器係数であ
る。図３および図４のＤＳＰ２８においては、図７に示
すハイパスフィルタと等価なフィルタ演算処理が、ＢＰ
Ｆ４５（図５）の場合は、

【００５８】

【数２】

【００５９】ＢＰＦ４６（図５）の場合は、

【００６０】

【数３】

【００６１】なる離散演算処理により実現される。な
お、この場合、フィルタ係数は２の倍数であるので、係
数と信号の乗算は、単なるビットシフト処理で実現され
る。

【００６２】このハイパスフィルタの周波数特性は、

【００６３】

【数４】

【００６４】となり、Ω＝0 （0Hｚ）でゲインが最小、
Ω＝π（ｆs ／2 Hz）でゲインが最大になる特性を有す
る。ここでｆs は楽音信号ｘ(n) 、および音声信号ｐ
(n) の共通のサンプリング周波数である。図８にこのハ
イパスフィルタの特性を示す。同図で、意味のある周波
数は0 〜ｆs ／2 Hzまでである。＜伝達関数Ｈ2t(Z) のローパスフィルタ部＞つづいて、
図９は、図６のローパスフィルタＨ2t(Z) をハードウエ
アのイメージで示した構成図である。これは、２次のＩ
ＩＲディジタルフィルタであって、その伝達関数は、

【００６５】

【数５】

【００６６】で示される。そして、この式のθとＣＹ
は、後述のように図５の各帯域別変調部４４t の添え字
ｔの値に応じて変化し、またｒがレゾナンスの強さ、つ
まりピークの大きさを示すパラメータである。

【００６７】図９において、５７、５８は、サンプリン
グ・クロック１周期分の遅延を与える遅延素子を表し、
５９、６０、６１は乗算器で、それぞれに同図に示され
る係数−２rcosθ、ｒ²、ＣＹが乗算される。また、６
２、６３は加算器である。ＤＳＰ２８（図３、図４）に
おいては、図９に示す構成のローパスフィルタと等価な
フィルタ演算処理が、

【００６８】

【数６】

【００６９】

【数７】

【００７０】なる離散演算処理により実現される。ここ
で、伝達関数の極は、“**”をべき乗演算として、ｚ₁
＝ｒｅ**(jθ）、ｚ₂＝ｒｅ**（-jθ）に存在し、ｚ＝
０に二重の零点がある。この極と零点の配置と、

【００７１】

【数８】

【００７２】としたときの極ベクトルと零点ベクトルと
の関係を図１０に示す。同図から理解されるとおり、単
位円に沿って移動する点Ｐと零点０を結ぶ線分が実軸と
なす角度をΩとすると、Ω＝０〜πにおいて、極ベクト
ルＺ₁と零点ベクトルＶ₁との差であるベクトルＶ₂の
長さは、初めは減少し、その後に増加する。ベクトルＶ
₂の最小の長さは、Ｐ点が極Ｚ₁に最接近したとき、す
なわち、θ＝Ωのときである。

【００７３】ここで、このローパスフィルタの周波数Ω
における周波数応答の大きさ（振幅特性）は、零点ベク
トルＶ₁とベクトルＶ₂のそれぞれの長さの比で定ま
る。そして、この零点ベクトルＶ₁の値は常に１である
から、周波数応答の大きさは、ベクトルＶ₂の大きさの
逆数に比例し、上述のようにθ＝Ωで最大となる。また
周波数応答の大きさのピークは、ｒの値により定まり、
ｒの値が１に近づくほど大きくなる。図１１は、Ω＝−
π〜πにおけるこの周波数応答の大きさを表している。

【００７４】一方、周波数応答の位相は、実軸と零点ベ
クトルＶ₁とのなす角Ωから、実軸とベクトルＶ₂との
なす角を引いた値になる。以上の説明から明らかなよう
に、図５の各帯域別変調部４４t(t ＝1,2,・・・, N )
毎に、帯域の中心周波数ｆ_tとサンプリング周波数ｆ_s
を用い、θ＝２πｆ_s／ｆ_tで求まるθの値を決めれ
ば、図１２に示されるように、各帯域の中心周波数ｆ_t
でピークを有するローパスフィルタが実現される。

【００７５】この場合、ピークの大きさは、前述のよう
にｒの値により変化するが、このｒの値を選択してピー
クが隣の帯域に影響するのを防ぎ、また前述のＣＹの値
を選択して各帯域の出力Ｗ_t(n)のレベルがほぼ等しくな
るように設定することができる。

【００７６】上記ｒとＣＹの値は、例えばつぎのように
して求めることができる。今、各帯域の中心周波数ｆ_t
とΔｆ離れた隣の帯域の中心周波数ｆ_t+1(＝ｆ_t＋Δ
ｆ）との周波数応答の大きさの比をｍとすると、

【００７７】

【数９】

【００７８】というｒについての４次方程式を解き、そ
の結果、得られたｒのうち、０＜ｒ＜１のｒを選び、各
係数−２rcosθ、ｒ²を求めることができる。数値計算
の結果、例えばｆ＝４４０Ｈｚ、ｆ_s＝５ＫＨｚで、ｍ
＝４とすると、

【００７９】

【数１０】

【００８０】となる。その他の帯域についても同じよう
にして求めることができる。以上のような伝達関数Ｈ₁
（ｚ）を有するハイパスフィルタと、伝達関数Ｈ
_2t（ｚ）を有するローパスフィルタが、図６に示される
ようにカスケードに接続されることにより、各伝達関数
の積として表される全体の伝達関数によって、図１３に
示されるように、ｔ＝１〜Ｎの各帯域毎に中心周波数ｆ
₁〜ｆ_N、隣接帯域間の周波数差Δｆを有する擬似的な
バンドパスフィルタが実現される。＜伝達関数Ｈ_Ej（ｚ）のローパスフィルタ部＞つぎに、
図１４は、図５のエンベロープ抽出部４７に対応する図
６のローパスフィルタＨ_Ej（ｚ）をハードウエアのイメ
ージで示した構成図である。

【００８１】これは、前述したローパスフィルタＨ
_2t（ｚ）と同じ形の２次のＩＩＲディジタルフィルタ
で、その伝達関数は、

【００８２】

【数１１】

【００８３】である。これは前述のローパスフィルタＨ
_2t（ｚ）の伝達関数で、ｒ＝０．９、θ＝０としたもの
である。図１４において、絶対値回路６４は、図６のロ
ーパスフィルタＨ_2t（ｚ）の出力Ｗ_t（ｎ）に対応する
図５のＢＰＦ部４６の出力Ｑ_j（ｎ）の絶対値を出力
し、つぎのディジタルフィルタ部に送る。６５、６６
は、サンプリング・クロック１周期分の遅延を与える遅
延素子、６７、６８、６９は乗算器で、それぞれに同図
に示される係数が乗算される。また、７０、７１は加算
器である。

【００８４】ＤＳＰ２８（図３、図４）においては、図
１４に示す構成のローパスフィルタと等価なフィルタ演
算処理が、

【００８５】

【数１２】

【００８６】なる離散演算処理により実現される。この
ローパスフィルタの周波数特性は、図１５に示されるよ
うに、最大値を示すレゾナンスをΩ＝０に有する。この
ローパスフィルタのカットオフ周波数は、エンベロープ
抽出という目的から、先の最低帯域のローパスフィルタ
Ｈ_2t（ｚ）のカットオフ周波数よりも、はるかに低い周
波数に設定される。

【００８７】ここで、係数ＣＥは、各帯域ごとのそれぞ
れの出力レベルを合わせるためのものである。図１６
は、図１４のローパスフィルタによって得られたエンベ
ロープ信号Ｒ_j（ｎ）を、入力信号の絶対値｜Ｑ
_j（ｎ）｜と対比させて模式的に示した図である。図１
４の絶対値回路６４に相当する演算によって、入力信号
の負の波高値（図１６の破線）が正の波高値に変換され
た上で、ローパスフィルタ処理が行われるため、各周波
数帯域毎の音声信号Ｑ_j（ｎ）のエンベロープを求める
動作を、図５のエンベロープ抽出部４７が実行すること
になる。

【００８８】以上、図５〜図１６で示されたフィルタ機
能が図３、または図４のＤＳＰ２８でソフトウエア処理
として実行される。つぎに、その動作について説明す
る。＜第２の実施例の動作＞図１７は、第２の実施例におい
て、演奏者が鍵盤を演奏操作して楽音が発生される際
の、ＣＰＵ２５を中心とする一連の動作に関する動作フ
ローチャートである。この動作フローチャートは、ＣＰ
Ｕ２５がＲＯＭ２６内に記憶されたプログラムを実行す
る処理として実現される。

【００８９】まず、電源投入後、初期設定が行われる
（ステップS1701)。つぎに、機能スイッチ３４内の音色
スイッチが走査されて（ステップS1702)、同スイッチの
オン/ オフに関するデータがＣＰＵ２５内のレジスタＡ
に格納され（ステップS1703)、さらに、鍵盤が走査され
る（ステップS1704)。そして、鍵盤の状態に変化が生じ
るまで、以上のステップS1702 〜S1704 の処理が繰り返
される（ステップS1705)。

【００９０】変化が生じた場合に、それがノートオフ
（離鍵）によるときは、オフデータが楽音発生回路３１
へ出力され、同回路で楽音の発生が停止され、ステップ
S1702に戻る（ステップS1708)。また、ノートオン（押
鍵）によるときは、ステップS1703 でＣＰＵ２５内のレ
ジスタＡに格納された音色スイッチデータに基づいてＲ
ＯＭ２６から対応する音色データが読み出される（ステ
ップS1706)。そしてこの音色データと演奏操作された鍵
盤からの音高データ、およびオンデータが楽音発生回路
３１へ出力される（ステップS1707)。楽音発生回路３１
はこのオンデータによって楽音信号を作成する。

【００９１】そのあと、ステップS1702 に戻り、上記動
作が繰り返される。ここで、図３のＤＳＰ２８から後述
するＡ／Ｄ変換終了信号が出力されると、ＣＰＵ２５に
おける割り込み処理として図１８のＡ／Ｄ変換終了イン
タラプト処理が実行され、ＣＰＵ２５内のレジスタＡに
格納された音色スイッチデータがＤＳＰ２８に送出され
（ステップS1801)、図１７のメインルーチンに戻る。Ｄ
ＳＰ２８においては、この音色スイッチデータは、後に
詳述するように、図５のＢＰＦ部４５に相当するフィル
タ処理が実行されるときのフィルタ係数を決定するため
に用いられる。

【００９２】つぎに、図１９と図２０は、図４のＤＳＰ
２８において、オペレーションＲＯＭ２８２に記憶され
たマイクロプログラムに従って実行されるＤＳＰボコー
ダ処理に関する動作フローチャートであり、バンドパス
フィルタ処理、およびエンベロープ抽出のためのローパ
スフィルタ処理を含む。

【００９３】この動作フローチャートに従った処理によ
り、楽音信号ｘ(n)および音声信号ｐ(n) に共通なサン
プリング周期毎に、図５の各帯域毎の帯域別変調部４４
t(t＝1,2,・・・,N) でのＢＰＦ部４５と４６、エンベ
ロープ抽出部４７、および乗算部４８に相当する処理、
ならびに累算部４９に相当する処理が、時分割処理で実
行されることによって、サンプリング周期毎に出力楽音
信号ｚ（ｎ）が得られ、図３のＤ／Ａ変換器３２に出力
される。

【００９４】まず、図３のワークＲＡＭ３０、および図
４のＤＳＰ内のレジスタ群２８７などが初期設定とし
て、リセットされる（ステップS1901)つぎに、図３の
Ａ／Ｄ変換器３８でサンプリング周波数ｆ_sに対応する
周期ごとに行われるＡ／Ｄ変換の終了を待ち（ステップ
S1902)、変換終了と同時にＤＳＰ２８からＡ／Ｄ変換終
了信号がＣＰＵ２５に出力される（ステップS1903)。

【００９５】その後、ＣＰＵ２５が図１８の割り込み処
理に基づいて出力した音色スイッチデータを受け取った
か否かが判定され（ステップS1904)、受け取ったなら
ば、その音色スイッチデータがインタフェース２８１
（図４）から取り込まれ、ワークＲＡＭ３０に格納され
る。また、Ａ／Ｄ変換された音声信号ｐ(n) もインタフ
ェース２８１（図４）から取り込まれ、ワークＲＡＭ３
０の同じ名前の変数ｐ(n)へ順次格納される。同時に楽
音発生回路３１（図３）から入力される楽音信号ｘ(n)
もインタフェース２８１から取り込まれ、同じくワーク
ＲＡＭ３０の同じ名前の変数ｘ(n) に順次格納される
（以上、ステップS1905)。なお、ワークＲＡＭ３０のそ
れぞれ３つずつの各変数ｐ(n) 、ｐ(n−1)、ｐ(n−2)、
およびｘ(n) 、ｘ(n−1)、ｘ(n−2)には、現在のサンプ
ルと過去の２サンプルずつの連続する各音声信号及び楽
音信号が記憶されるものとする。

【００９６】つぎに、ステップS1906 （図１９）〜S191
0 （図２０）の処理は、図５の帯域変調部４４t(t ＝1,
2,・・・,N) の各ＢＰＦ部４６、およびエンベロープ抽
出部４７における音声信号ｐ（ｎ）の処理に相当する。

【００９７】まず、ワークＲＡＭ３０からの各変数ｐ
(n) 、ｐ(n−1)、ｐ(n−2)から図４のレジスタ群２８７
内のレジスタに、現在のサンプルと過去２サンプル分の
音声信号が読み出され、図６の伝達関数Ｈ₁（ｚ）で示
されるハイパスフィルタ処理が実行される（ステップS1
906)。この処理は、図５のＢＰＦ部４６に対応する処理
の一部であり、前述の数２式で表される演算処理で、図
４の乗算器２８５および加減算器２８６を使って実行さ
れる。このとき数２式の演算に用いられる各フィルタ係
数は、フィルタ係数ＲＯＭ２９（図３、図４）から読み
出される。この結果得られた出力は、ワークＲＡＭ３０
内の変数Ｓ(n) に格納される。

【００９８】以上のハイパスフィルタ処理は、各帯域で
共通な処理であるため、１回のみ実行される。つぎに、
図５のＢＰＦ部４６に対応する処理の残りであるＨ
_2t（ｚ）＝Ｈ_2j（ｚ）で示されるローパスフィルタ処理
と、同じくエンベロープ抽出部４７に対応する処理であ
る図６の伝達関数Ｈ_Et（ｚ）＝Ｈ_Ej（ｚ）で示されるロ
ーパスフィルタ処理がつづけて実行される。

【００９９】これらの処理は、図５の帯域別変調部４４
-1〜４４-Nに対応して、Ｎ帯域分の時分割処理として繰
り返される。そのために、図４のレジスタ群２８７内
に、Ｎ帯域の時分割処理を行うための繰り返し制御用の
レジスタｊが設けられ、ステップS1907 で値１に初期設
定される。そして、ステップS1908 〜 S1910で、１帯域
分のローパスフィルタ処理が終了する毎に、ステップS1
911 でレジスタｊの内容がＮに達したか否かが判定さ
れ、達していなければ、ステップS1912 においてレジス
タｊの内容がインクリメントされ、ステップS1908 以後
の処理が繰り返される。

【０１００】この処理は、図４の加減算器２８６とフラ
グレジスタ２８８によって実行され、アドレスカウンタ
２８３によって、ステップS1909 、およびS1910 に対応
するプログラム命令がオペレーションＲＯＭ２８２から
繰り返し読み出される。

【０１０１】まず、フィルタ係数ＲＯＭ２９から、音声
用で、かつレジスタｊで示される番号に対応する帯域の
フィルタ係数ＣＹ，２rcosθ,r² が読み出される（ステ
ップS1908)。そして、このフィルタ係数を用いて前述の
ハイパスフィルタ処理の出力である変数Ｓ(n) の内容に
対して、図６の伝達関数Ｈ_2t（ｚ）＝Ｈ_2j（ｚ）で示さ
れるローパスフィルタ処理が実行される（ステップS190
9)。この処理は、前述の数６式でＷt(n)＝Ｑj(n)として
表される演算処理であり（図６参照）、図４の乗算器２
８５および加減算器２８６を用いて実行される。

【０１０２】また、ワークＲＡＭ３０内には、過去の２
サンプル分の自分自身のフィルタ出力を格納する変数Ｑ
j(n-1)およびＱj(n-2)が設けられており、レジスタ群２
８７はこれらの内容を随時取り込んで上記演算に用い
る。この結果得られた出力はワークＲＡＭ３０内の変数
Ｑj(n)に格納される。なお、各変数Ｑj(n)、Ｑj(n-1)、
およびＱj(n-2)は、添え字ｊが変化させられてＮ帯域分
設けられている。

【０１０３】つぎに、上述のローパスフィルタ処理の出
力である変数Ｑj(n)の内容に対して、図６の伝達関数Ｈ
_2t（ｚ）＝Ｈ_2j（ｚ）で示されるローパスフィルタ処理
が実行される（ステップS1910)。この処理は、前述の数
１２式で表される演算処理であり、図４の乗算器２８５
および加減算器２８６を用いて実行される。この場合
も、数１２式の演算処理に用いられる各フィルタ係数
は、フィルタ係数ＲＯＭ７４から読み出さる。

【０１０４】また、ワークＲＡＭ３０内には、過去の２
サンプル分の自分自身のフィルタ出力を格納する変数Ｒ
j(n-1)およびＲj(n-2)が設けられており、レジスタ群２
８７はこれらの内容を随時取り込んで上記演算に用い
る。この結果得られた出力はワークＲＡＭ３０内の変数
Ｒj(n)に格納される。なお、各変数Ｒj(n)、Ｒj(n-1)、
およびＲj(n-2)は、添え字ｊが変化させられてＮ帯域分
設けられている。

【０１０５】以上、ステップS1907 〜S1912 の処理によ
り、図５のＮ帯域の帯域別変調部４４t(t ＝1,2,・・・
N)の各ＢＰＦ部４６、およびエンベロープ抽出部４７に
相当する処理が行われる。

【０１０６】つづいて、ステップS1913 〜S1917 の処理
は、図５のＮ帯域の帯域別変調部４４-1〜４４-Nの各Ｂ
ＰＦ部４５における楽音信号ｘ（ｎ）に対する処理に相
当する。

【０１０７】まず、ワークＲＡＭ３０からの各変数ｘ
(n) 、ｘ(n−1)、ｘ(n−2)から、図４のレジスタ群２８
７内のレジスタに、現在のサンプルと過去２サンプル分
の楽音信号が読み出され、図５のＢＰＦ部４５に対応す
る処理の一部である、図６の伝達関数Ｈ1(z)で示される
ハイパスフィルタ処理が実行される（ステップS1913
）。この処理は、前述の数３式で表される演算処理で
あり、図４の乗算器２８５および加減算器２８６を用い
て実行される。このとき、数３式の演算に用いられる各
フィルタ係数は、フィルタ係数ＲＯＭ２９から読み出さ
れる。この結果得られた出力は、ワークＲＡＭ３０内の
変数Ｓ(n) に格納される。

【０１０８】以上のハイパスフィルタ処理は、各帯域で
共通な処理であるため、１回のみ実行される。つぎに、
図５のＢＰＦ部４５に対応する処理の残りである図６の
伝達関数Ｈ_2t（ｚ）＝Ｈ_2j（ｚ）で示されるローパスフ
ィルタ処理が実行される。この処理は、図５の帯域別変
調部４４-1〜４４-Nに対応して、Ｎ帯域分の時分割処理
として繰り返し行われる。

【０１０９】そのために、図４のレジスタ群２８７内
に、Ｎ帯域の時分割処理を行うための繰り返し制御用の
レジスタｉが設けられ、ステップS1914 で値１に初期設
定され、ステップS1916 の１帯域分のローパスフィルタ
処理が終了する毎に、ステップS1917 でレジスタｉの内
容がＮに達したか否かが判定され、達していなければス
テップS17 においてレジスタｉの内容がインクリメント
され、ステップS1915 以降の処理が繰り返される。

【０１１０】この場合も、前述のレジスタｊの場合と同
様に図４の各回路が動作する。まず、ワークＲＡＭ３０
から、前述したステップS1905 でＣＰＵ２５から受け取
られた音色スイッチデータが読み出され、この音色デー
タに対応し、かつレジスタｉで示される番号に対応する
帯域のフィルタ係数ＣＹ，２rcosθ,r²が係数ＲＯＭ２
９から読み出される（ステップS1915)。

【０１１１】このように、楽音用のフィルタ係数は、図
３の機能スイッチ３４において選択された楽音の音色に
従って決定され、例えば、フルート型の音色が選択され
たならば、第１の実施例で説明した図２のＢＰＦ（Ａ）
の各帯域に対応するようなフィルタ係数が読み出され
る。これが、第２の実施例の大きな特徴である。

【０１１２】上述のようにして読み出されたフィルタ係
数を用いて、前述のステップS1909とほぼ同様の処理が
行われる（ステップS1916)。すなわち、ハイパスフィル
タの出力である変数Ｓ(n) の内容に対して、前述の数６
式でＷt(n)＝Ｙi(n)として表される演算処理が実行され
る（図６参照）。このときに、ワークＲＡＭ３０内に
は、過去の２サンプル分の自分自身のフィルタ出力を格
納する変数Ｙi(n-1)、およびＹi(n-2)が設けられてお
り、レジスタ群２８７はこれらの内容を随時取り込んで
上記演算に用いる。この結果得られた出力は、ワークＲ
ＡＭ３０の変数Ｙi(n)に格納される。なお、各変数Ｙi
(n) 、Ｙi(n-1)、およびＹi(n-2)は、添え字ｉが変化
させられてＮ帯域分設けられている。

【０１１３】以上、ステップS1913 〜S1917 の処理によ
り、図５のＮ帯域分の帯域別変調部４４t(t ＝1,2,・・
・,NのＢＰＦ部４５に相当する処理が実行される。ここ
まで説明したステップS1916 〜 S1918の処理により、図
５のエンベロープ抽出部４７、およびＢＰＦ部４５と４
６の各出力に対応する変数Ｒj(n)とＹi(n)の内容が確定
する。

【０１１４】これらの内容を用いることにより、図５の
Ｎ帯域分の帯域別変調部４４-1〜４４-Nの各乗算部４８
と同じく、図５の累算部４９の処理に対応する以下の処
理が実行される。

【０１１５】すなわち、ステップS1919 において、レジ
スタｉ＝ｊの内容が１〜Ｎまで変化させられながら、Ｒ
j(n)×Ｙi(n)のそれぞれの乗算が、図４の乗算器２８５
において行われる。そして、これらの各乗算結果が図４
の加減算器２８６を用いて累算される。

【０１１６】このように得られた累算結果は、図４のワ
ークＲＡＭ３０内の変数ｚ（ｎ）に格納され、つづくス
テップS1920 において、サンプリングクロックに同期し
たタイミングで、図４のインタフェース２８１から図３
のＤ／Ａ変換器３２へ出力される。

【０１１７】以上、詳述したように、楽音信号および人
間の音声信号を複数周波数帯域に分割する図５のＢＰＦ
部４５と４６の処理、帯域制限された音声信号からエン
ベロープを抽出する図５のエンベロープ抽出部４７の処
理、エンベロープ信号によって帯域制限された楽音信号
に振幅変調をかける図５の乗算部４８の処理、そして各
帯域の変調出力を累算して、出力楽音信号を得る図５の
累算部４９の処理が、ソフトウエアの時分割処理による
ディジタルフィルタ処理として実現される。

【０１１８】これにより、楽器音の倍音成分に人間の声
のニュアンスを付加するという効果付加処理を、１チッ
プのＤＳＰにより簡単かつ安定して行うことができる。
しかも、楽音信号を各周波数帯域別にフィルタリング処
理するためのフィルタ係数は、入力される楽音信号の音
色に対応したスペクトル・エンベロープに合わせて選択
できるので、楽音信号の周波数成分の無い帯域をフィル
タリング処理するようなことがない。そのため、変調が
かからず出力音量が低下するような従来の問題点をなく
すことが可能となる。第３の実施例いままで説明した第１及び第２の実施例では、楽音信号
とそれを変調するための音声信号のＢＰＦの各帯域の組
み合わせは、図２に示されるように、周波数の低い方か
ら同じ帯域番号毎に組み合わされていた。

【０１１９】以下に説明する第３の実施例では、これと
異なり、図２１のように、楽音信号と音声信号の各帯域
は任意に組み合わされる点が特徴となっている。すなわ
ち、例えば図２１で、楽音信号の帯域１および２の周波
数成分は、音声信号の帯域ｈおよびｆに含まれる周波数
成分により、それぞれ振幅変調される。すなわち、複数
の帯域に分割された楽音信号のそれぞれの信号成分は、
複数の帯域に分割された音声信号の任意の帯域の信号成
分によって振幅変調される。

【０１２０】このような楽音信号と音声信号のそれぞれ
の帯域の組み合わせは、後述のように予め演奏者によっ
て自由に設定される。第３の実施例の構成は、図３〜図
１６の第２の実施例と同じであるので、それらの構成に
ついての説明は省略し、第３の実施例の動作のみを説明
する。

【０１２１】図２２は、第３の実施例において、演奏者
が鍵盤を演奏操作して楽音が発生される際の、ＣＰＵ２
５を中心とする一連の動作に関する動作フローチャート
である。この動作フローチャートは、第２の実施例の場
合と同様、ＣＰＵ２５がＲＯＭ２６内に記憶されたプロ
グラムを実行する処理として実現される。

【０１２２】まず、第２の実施例と同様、電源投入後、
初期設定が行われる（ステップS2201)。つぎに、図３の
機能スイッチ３４内の特には図示しないモードスイッチ
が走査される（ステップS2202)。このモードスイッチは
ノーマルモードか、あるいはつぎに説明する楽音帯域を
設定したり、音声帯域を指定する設定モードのいずれか
を選択するためのものである。このモードスイッチを走
査した結果、設定モードが選択されているか否か判定さ
れる（ステップS2202)。

【０１２３】この判別の結果、設定モードが選択されて
いなければ、つぎのステップS2204に進むが、ステップS
2204 〜S2210 の楽音発生のための処理は、第２の実施
例に関する図１７のステップS1702〜S1708 の処理と全
く同じであるため、その説明は省略する。

【０１２４】ステップS2203 の判別の結果、設定モード
が選択されていれば、ステップS2211 に進み、機能スイ
ッチ３４内の特には図示しない楽音帯域設定スイッチが
操作されたか否かが判定される。その結果、操作されて
いなければステップS2202 に戻り、操作されていれば、
その操作に基づいて得られる操作データｊをアドレスと
するワークＲＡＭ３０上の音声帯域記憶領域が指定され
る（ステップS2212)。この操作データｉは、図２１で示
されるような楽音信号に対するフィルタリングの帯域番
号を示している。図２１の例では、この操作データｉと
して、１から１０までのうちの任意の値が、演奏者によ
って指定される。

【０１２５】つづいて、機能スイッチ３４内の特には図
示しない音声帯域指定スイッチがオンされているか否か
が判定される（ステップS2213)。その結果、操作されて
いなければステップS2202 へ戻り、操作されていれば、
その操作に基づいて得られる音声帯域指定データｋが、
ステップS2212 で指定されたワークＲＡＭ３０上の音声
帯域記憶領域に書き込まれる。この音声帯域指定データ
ｋは、図２１で示されるような音声信号に対するフィル
タリングの帯域番号を示している。図２１の例では、
ａ，ｂ，ｃ，・・・，ｊのうちの任意の値が、演奏者に
よって指定される。

【０１２６】このあと、ステップS2202 に戻り上述の動
作が繰り返され、ワークＲＡＭ２７の音声帯域記憶領域
内に、例えば図２５に示されるように、楽音信号の周波
数帯域ｉ( ＝1,2,3,・・・) と組み合わされて、楽音信
号を変調する音声信号の帯域指定データｋ(h,f,a,c,b,
・・・) のすべてが記憶される。

【０１２７】ここで、図３のＤＳＰ２８から後述するＡ
／Ｄ変換終了信号が出力されると、ＣＰＵ２５における
割り込み処理として図２４のＡ／Ｄ変換終了インタラプ
ト処理が実行され、ワークＲＡＭ２７内の音声帯域記憶
領域内の図２５で示されるデータｊ、ｋの組がＤＳＰ２
８に送出され（ステップS2401)、図２２又は図２３のメ
インルーチンに戻る。

【０１２８】図２６、図２７は、図４のＤＳＰ２８にお
いて、オペレーションＲＯＭ２８２に記憶されたマイク
ロプログラムに従って実行されるＤＳＰボコーダ処理に
関する動作フローチャートであり、バンドパスフィルタ
処理、およびエンベロープ抽出のためのローパスフィル
タ処理を含む。

【０１２９】同図において、ステップS2601 〜S2607
は、第２の実施例に関する図１９のステップS1901 〜S1
907 の動作と全く同じであるので、その説明は省略す
る。つぎに、ステップS2608 〜S2611 の音声信号に対す
る各帯域毎のフィルタリング処理において、帯域番号に
対応するｊをアドレスとして、ワークＲＡＭ３０から音
声帯域指定データｋが読み出される（ステップS2608)。
そして、この音声帯域指定データｋに対応する音声信号
の第ｋ帯域のフィルタ係数ＣＹ、２rcosθ、ｒ²がフィ
ルタ係数ＲＯＭ２９から読み出される（ステップS260
9)。

【０１３０】このように読み出されたフィルタ係数を用
いて、ステップS2606 のハイパスフィルタ処理の出力で
ある変数Ｓ（ｎ）の内容に対して、第２の実施例に関す
る図１９のステップS1909 の場合と同様に、図６の伝達
関数Ｈ_2t（ｚ）＝Ｈ_2j（ｚ）で示される第ｋ帯域のロー
パスフィルタ処理が実行される（ステップS2610)。

【０１３１】つぎに、音声信号の第ｋ帯域のエンベロー
プを検出するためのフィルタリング処理が、第２の実施
例に関する図２０のステップS1910 の場合と同様に行わ
れる（ステップS2611)。

【０１３２】その後のステップS2612 〜S2615 までの処
理は、第２の実施例に関する図２０のステップS1910 〜
S1914 の処理と同様である。そのあとフィルタ係数ＲＯ
Ｍ３４から、楽音信号の第ｉ帯域に対応する、フィルタ
係数ＣＹ, ２rcosθ，ｒ²が読み出される（ステップS2
616)。そしてこの係数に基づいて第ｉ帯域の伝達関数Ｈ
_2i（ｚ）で示されるローパスフィルタリング処理が、第
２の実施例に関する図２０のステップS1916 の場合と同
様に実行される（ステップS2617)。

【０１３３】以上の動作の後に、テップS2620 におい
て、レジスタｉ＝ｊの内容が１〜Ｎまで変化させられな
がら、Ｒj(n)×Ｙi(n)のそれぞれの乗算が、図４の乗算
器２８５において行われ、各算結果が図４の加減算器２
８６を用いて累算されることにより、音声信号に基づい
て楽音信号に振幅変調がかけられる。

【０１３４】この場合特に、第ｊ番目のエンベロープ信
号Ｒj(n)は、図２５のように対応付けられた第ｋ帯域の
音声信号に対応する信号であるため、この信号が第ｊ帯
域すなわち第ｉ帯域の楽音信号Ｙi(n)に乗算される結
果、図２１で示したような楽音信号と音声信号のそれぞ
れの任意の帯域の組み合わせによる楽音信号の振幅変調
処理が実現される。

【０１３５】なお、図１９、図２０および図２６、図２
７の動作フローチャートにおいて、音声信号と楽音信号
のサンプリング周波数は同一であるが、サンプリング周
波数が異なる場合には、各信号を割り込み処理によりメ
モリに取り込み、それらの信号に対して一定間隔で処理
を行うようにすれば、上述の実施例と同じ効果を容易に
実現できる。この場合、各バンドパスフィルタの帯域
は、それぞれ適切に設定される。

【０１３６】また、ＤＳＰの処理に余裕があれば、バン
ドパスフィルタの演算処理を、上述の実施例のようにハ
イパスフィルタとローパスフィルタの組み合わせの演算
処理としてではなく、バンドパスフィルタの伝達関数を
直接設計した結果に基づいて構成した演算処理によって
実現してもよい。

【０１３７】さらに、以上説明した実施例において、楽
音信号は、演奏者の楽器演奏による演奏情報に基づいた
が、この楽音信号はこれに限らず、自動演奏曲データに
基づいて生成されたものであっても差し支えない。

【０１３８】

【発明の効果】本発明によれば、演奏される楽器の楽音
信号を、例えば歌などの音声信号によって変調する場
合、楽音信号が複数の異なる周波数帯域内に帯域制限さ
れた楽音信号に分割される場合に、各周波数帯域の周波
数軸上での位置が楽音の周波数特性によって制御される
ことにより、有効な信号成分を有する各楽音信号を各音
声信号に基づいて変調することが可能となり、ボコーダ
としての効果を有効に働かせることが可能となる。この
結果、人の音声では普通発声不可能な音域を有する楽器
音、例えばピアノやフルート、あるいはシンセベース音
等を、音声信号で変調することが可能となる。

【０１３９】また、割当て手段における各楽音信号と各
エンベロープ信号（各音声信号）とを、使用者等が任意
に組み合わせることにより、各帯域の楽音信号を任意の
帯域の音声信号で変調することが可能となり、発音され
る楽音の特性をより複雑多彩に変化させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の全体構成図であ
る。

【図２】楽音信号と音声信号のＢＰＦの周波数帯域例を
示す図である。

【図３】本発明による第２の実施例の全体構成図であ
る。

【図４】ＤＳＰの構成図である。

【図５】ＤＳＰの機能ブロック図である。

【図６】ＢＰＦ部とエンベロープ抽出部のフィルタ構成
図である。

【図７】ハイパスフィルタＨ1(z)の構成図である。

【図８】ハイパスフィルタＨ1(z)の特性図である。

【図９】ローパスフィルタＨ2t(z) の構成図である。

【図１０】ローパスフィルタＨ2t(z) の極と零点及び極
ベクトルと零ベクトルの関係図である。

【図１１】ローパスフィルタＨ2t(z) の振幅特性図であ
る。ある。

【図１２】ローパスフィルタＨ2t(z) の特性図である。
ある。

【図１３】バンドパスフィルタＨ1(z)・Ｈ2t(z) の特性
図である。ある。

【図１４】ローパスフィルタＨE(z)の構成図である。

【図１５】ローパスフィルタＨE(z)の特性図である。

【図１６】│Ｑj(n)│とＲj(n)の関係図である。

【図１７】第２の実施例におけるＣＰＵに関する動作フ
ローチャートである。

【図１８】第２の実施例におけるＡＤ変換終了インタラ
プトに関するフローチャートである。

【図１９】第２の実施例におけるＤＳＰボコーダ処理に
関する動作フローチャート（その１）である。

【図２０】第２の実施例におけるＤＳＰボコーダ処理に
関する動作フローチャート（その２）である。

【図２１】第３の実施例における、楽音信号と音声信号
のそれぞれのフィルタリングの対応図である。

【図２２】第３の実施例におけるＣＰＵに関する動作フ
ローチャート（その１）である。

【図２３】第３の実施例におけるＣＰＵに関する動作フ
ローチャート（その２）である。

【図２４】第３の実施例におけるＡ／Ｄ変換完了インタ
ラプトに関するフローチャートである。

【図２５】ワークＲＡＭの音声帯域指定データ記憶領域
の記憶内容の１例を示す図である。

【図２６】第３の実施例におけるＤＳＰボコーダ処理に
関する動作フローチャート（その１）である。

【図２７】第３の実施例におけるＤＳＰボコーダ処理に
関する動作フローチャート（その２）である。

【図２８】従来例の全体構成図である。

【図２９】ＢＰＦの周波数帯域の１例を示す図である。

【図３０】シンセベース音と人声のそれぞれのスペクト
ル・エンベロープを示す図である。

【符号の説明】

１機能スイッチ２機能ＳＷ信号３ＣＰＵ４音色ＲＯＭ５楽音波形データ６エンベロープデータ７制御信号８音源９ディジタル楽音信号１０Ｄ／Ａ変換器１１アナログ楽音信号１２t 帯域別変調回路１３マイク１４マイクアンプ１５音声信号１６、１７ＢＰＦ１６′ＢＰＦ群１８エンベロープ抽出回路１９エンベロープ信号２０ＶＣＡ２１ミキサー２２出力楽音信号２３アンプ２４スピーカ２５ＣＰＵ２６ＲＯＭ２７ＲＡＭ２８ＤＳＰ２９フィルタ係数ＲＯＭ３０ワークＲＡＭ３１楽音発生回路３２Ｄ／Ａ変換器３３キーボード３４機能スイッチ３５マイクアンプ３６アンプ３７ローパスフィルタ３８Ａ／Ｄ変換器３９アンプ４０スピーカ４１、４２、４３バス４４t 帯域別変調部４５、４６ＢＰＦ部４７エンベロープ抽出部４８乗算部４９累算部５０、５１、５７、５８、６５、６６遅延素子５２、５３、５４、５９、６０、６１、６７、６８、６
９乗算器５５、５６、６２、６３、７０、７１加算器６４絶対値回路７２ＢＰＦ切り換え回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】楽音信号を該楽音信号の周波数特性に対
応した複数の異なる周波数帯域内に帯域制限された各楽
音信号に分割する第１の周波数帯域分割手段と、音声信
号を所定の複数の異なる周波数帯域内に帯域制限された
各音声信号に分割する第２の周波数帯域分割手段と、該
第２の周波数帯域分割手段からの各音声信号から各エン
ベロープ信号を抽出するエンベロープ抽出手段と、前記
第１の周波数帯域分割手段からの各楽音信号と前記エン
ベロープ抽出手段からの各エンベロープ信号とをそれぞ
れ対応させて割り当てる割当て手段と、前記第１の周波
数帯域分割手段からの各楽音信号の特性を前記割当て手
段で割り当てられた各エンベロープ信号のレベルに対応
した電圧で可変させる電圧制御可変手段と、該電圧制御
可変手段からの各出力を累算し出力楽音信号として出力
する累算手段と、を有することを特徴とする楽音変調装
置。
【請求項２】ディジタル楽音信号を該ディジタル楽音
信号の周波数特性に対応した複数の異なる周波数帯域内
に帯域制限された各ディジタル楽音信号に分割する第１
のディジタルフィルタリング手段と、ディジタル音声信
号を所定の複数の異なる周波数帯域内に帯域制限された
各ディジタル音声信号に分割する第２のディジタルフィ
ルタリング手段と、該第２のディジタルフィルタリング
手段からの各ディジタル楽音信号から各ディジタルエン
ベロープ信号を抽出するエンベロープ抽出手段と、前記
第１のディジタルフィルタリング手段からの各ディジタ
ル楽音信号と前記エンベロープ抽出手段からの各ディジ
タルエンベロープ信号とをそれぞれ対応させて割り当て
る割当て手段と、前記第１のディジタルフィルタリング
手段からの各ディジタル楽音信号の特性を前記割当て手
段で割り当てられた各ディジタルエンベロープ信号で変
調する変調手段と、該変調手段からの各出力を累算しデ
ィジタル出力楽音信号として出力する累算手段と、を有
することを特徴とする楽音変調装置。
【請求項３】前記割当て手段における割当て状態は、
外部から変更可能である、ことを特徴とする請求項１又
は２のいずれか１項に記載の楽音変調装置。
【請求項４】前記第１のディジタルフィルタリング手
段は、複数組のフィルタ係数を記憶する係数記憶手段
と、ディジタル楽音信号の特性に対応したフィルタ係数
の組を前記係数記憶手段から読み出し、該フィルタ係数
の組を使用して前記ディジタル楽音信号を該フィルタ係
数で定まる複数の異なる周波数帯域内に帯域制限された
各ディジタル楽音信号に分割する演算を実行するフィル
タ演算手段と、を含むことを特徴とする請求項２又は３
のいずれか１項に記載の楽音変調装置。
【請求項５】前記第１および第２のディジタルフィル
タリング手段は、それぞれバンドパスフィルタリング処
理を実行する、ことを特徴とする請求項２乃至４のいず
れか１項に記載の楽音変調装置。
【請求項６】前記第１および第２のディジタルフィル
タリング手段は、それぞれハイパスフィルタリング処理
と前記各周波数帯域の中心周波数でピークを有する共振
特性が付加されたローパスフィルタリング処理を順次時
分割処理として実行する、ことを特徴とする請求項５に
記載の楽音変調装置。
【請求項７】前記エンベロープ抽出手段は、直流近傍
の周波数成分のみを通過させるローパスフィルタリング
処理を行う、ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれ
か１項に記載の楽音変調装置。
【請求項８】前記変調手段は、前記第１のディジタル
フィルタリング手段からの各ディジタル楽音信号に前記
割当て手段で割り当てられた各ディジタルエンベロープ
信号を乗算する処理を実行する、ことを特徴とする請求
項２乃至７のいずれか１項に記載の楽音変調装置。
【請求項９】前記第１のディジタルフィルタリング手
段、前記第２のディジタルフィルタリング手段、前記エ
ンベロープ抽出手段、前記変調手段および前記累算手段
における前記各処理は時分割処理として実行される、こ
とを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の
楽音変調装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の楽音変調装置と、この楽音変調装置に前記楽音信号を
供給する楽音信号発生手段とから成る電子楽器。
【請求項１１】請求項１に記載の楽音変調装置と、複
数音色の楽音信号を発生する楽音発生手段とを有する電
子楽器であって、前記第１の周波数帯域分割手段が現在
発音中の楽音信号の音色に対応して前記楽音信号の分割
を行う複数の異なる周波数帯域を決定する、ことを特徴
とする電子楽器。
【請求項１２】請求項２乃至９のいずれか１項に記載
の楽音変調装置と、複数音色の楽音信号を発生する楽音
発生手段とを有する電子楽器であって、前記第１のディ
ジタルフィルタリング手段が現在発音中のディジタル楽
音信号の音色に対応して前記ディジタル楽音信号の分割
を行う複数の異なる周波数帯域を決定する、ことを特徴
とする電子楽器。