JPH05341788A - 音声制御楽音発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】和音を簡単な操作で発生させ、この和音を構成
する各楽音毎に人間の声のニュアンスを明瞭に付加する
ことのできる簡単な構成の音声制御楽音発生装置を提供
することを目的としている。 【構成】Ａ／Ｄ変換された声信号及び和音の楽音信号を
ワークＲＡＭに取り込み（ステップＳ１〜Ｓ３）、取り
込んだ声信号に対してＦＩＲハイパスフィルタリング処
理及びＩＩＲローパスフィルタリング処理を施す（ステ
ップＳ４〜Ｓ６）。このローパスフィルタリング処理の
出力に対して伝達関数を変えてさらにローパスフィルタ
リング処理を施す（ステップＳ５〜Ｓ９）。その後和音
を構成する各楽音信号に対して同様にハイパスフィルタ
リング処理およびローパスフィルタリング処理を行ない
（ステップＳ１０〜Ｓ１３）、その各楽音の処理結果を
累算して、放音する（ステップＳ１４、Ｓ１５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、和音の各構成音に対し
て独立に音声のニュアンスを付与できる音声制御楽音発
生装置に関する。

【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
者が発声動作により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電子楽器が提案されている
（例えば、特開平３−１０７２００号）。

【０００４】この従来の電子楽器は、演奏者が鍵盤等で
弾いた演奏情報としての楽音信号の倍音成分に人間の声
のニュアンスを付加している。また、従来の電子楽器
は、鍵盤等で和音が弾かれたときには、入力楽音信号と
しての和音の各構成音を一旦アナログ信号として混合し
て一つの楽音信号とし、この一つの楽音信号に音声信号
で変調をかけることにより人間の声のニュアンスを付加
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電子楽器にあっては、鍵盤等で弾いた単音の
楽音信号の倍音成分に人間の声のニュアンスを付加する
構成となっており、また、鍵盤等で和音が弾かれたとき
には、和音の入力楽音信号を、一旦アナログ信号として
一つの楽音信号に混合した後、音声信号で変調をかける
構成となっていたため、和音に人間の声のニュアンスを
付加しようとする場合、鍵盤で和音を弾くことは初心者
に扱い難く、また和音を適切に変調することができない
という問題があった。

【０００６】すなわち、実際に発生する楽音信号は、単
独の楽音信号だけでなく、複数の楽音が和音として入力
する場合が多いが、こうした和音の演奏は、鍵盤等の演
奏では、初心者では難しく、楽音信号に変調をかける電
子楽器の扱いが難しいという問題があった。また、従来
の電子楽器にあっては、和音の各構成音を一旦アナログ
信号として混合して一つの楽音信号とし、この一つの楽
音信号に音声信号で変調をかけていたため、和音の各構
成音を適切に変調することができず、各構成音が独立し
て聞こえにくく、和音を音声で変調しているように認識
することができないという問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、簡単な操作で和音を発
生させることができ、所望の和音の各構成音に対して独
立に音声のニュアンスを付与することのできる簡単な構
成の音声制御楽音発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数種の和音
データを記憶する和音データ記憶手段と、前記和音デー
タ記憶手段に記憶された和音データのいずれか一つを選
択する選択手段と、前記選択手段で選択された和音デー
タに基づいた複数種のディジタル楽音信号を生成する和
音信号生成手段と、外部発生動作に基づいてディジタル
声信号を生成する声信号生成手段と、以下の各処理を時
分割のディジタル信号処理により所定の処理間隔で順次
実行するディジタル信号処理手段と、このディジタル信
号処理手段から出力されるディジタル出力楽音信号に基
づいて放音を指示する放音手段と、を備えたことを特徴
としている。

【０００９】すなわち、ディジタル信号処理手段では、
まず、前記ディジタル楽音信号を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のディ
ジタルフィルタリング処理が実行され、これとともに、
前記ディジタル声信号を複数の異なる周波数帯域内に帯
域制限された各声信号に分割する第２のディジタルフィ
ルタリング処理が実行される。次に、該第２のディジタ
ルフィルタリング処理により得られる帯域制限された各
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
抽出処理が実行され、そして、前記第１のフィルタリン
グ処理により得られる帯域制限された各楽音信号を、前
記エンベロープ抽出処理により得られる各エンベロープ
信号で変調する変調処理と、該変調処理で得られた各変
調信号を累算して、ディジタル出力楽音信号として出力
する累算処理が実行される。

【００１０】

【作用】複数種の和音データを和音データ記憶手段に記
憶し、この記憶された和音データのいずれか一つを選択
手段により選択して、和音信号生成手段により和音を構
成する複数種のディジタル楽音信号を生成する。

【００１１】したがって、和音を簡単な操作で発生させ
ることができる。

【００１２】一方、演奏者等による外部発声動作に基づ
いてディジタル声信号を声信号生成手段により生成す
る。

【００１３】そして、前記和音信号生成手段の生成した
和音のディジタル楽音信号は、第１のディジタルフィル
タリング処理により、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され、前記声信号生成手段
の生成したディジタル声信号、第２のディジタルフィル
タリング処理により、複数の異なる周波数帯域内に帯域
制限された各声信号に分割される。

【００１４】次に、前記第２のディジタルフィルタリン
グ処理により得られる帯域制限された各声信号から、エ
ンベロープ抽出処理により、各エンベロープ信号を抽出
し、このエンベロープ抽出処理により得られる各エンベ
ロープ信号で、前記第１のフィルタリング処理により得
られる帯域制限された各楽音信号を、変調処理により、
変調する。

【００１５】この変調処理で得られた各変調信号を、累
算処理により、累算して、ディジタル出力楽音信号とし
て出力する。

【００１６】この累算処理により出力されるディジタル
出力楽音信号により放音手段により、楽音信号の放音を
指示する。

【００１７】これにより、簡単な操作で、所望の和音の
各構成音に対して独立に音声のニュアンスを付与するこ
とのできる音声制御楽音発生装置を、簡単な構成で、提
供することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の音声制御楽音発生装置を実施
例に基づいて具体的に説明する。図１〜図１７は、本発
明の音声制御楽音発生装置の一実施例を示す図であり、
本実施例は、電子楽器に適用したものである。

【００１９】図１は、電子楽器１の全体回路ブロック図
であり、電子楽器１は、ＣＰＵ（Central Processing U
nit)２、音色ＲＯＭ（Read Only Memory)３、ワークＲ
ＡＭ（Random Access Memory)４、和音入力スイッチ
５、和音データＲＯＭ６、マイクロフォン７、アンプ
８、ＬＩＮＥ ＩＮ端子９、ローパスフィルタ１０、Ａ
／Ｄ変換回路１１、ＤＳＰ（Digital Signal Processo
r：ディジタル信号処理プロセッサ）１２、ワークＲＡ
Ｍ１３、フィルタ係数ＲＯＭ１４、楽音発生回路１５、
Ｄ／Ａ変換回路１６、アンプ１７及びスピーカ１８等を
備えている。

【００２０】上記ＣＰＵ２、音色ＲＯＭ３、ワークＲＡ
Ｍ４、和音入力スイッチ５、和音データＲＯＭ６、ＤＳ
Ｐ１２及び楽音発生回路１５は、バス１９により接続さ
れており、ＤＳＰ１２と楽音発生回路１５及びＤＳＰ１
２とＤ／Ａ変換回路１６とは、それぞれバス２０及びバ
ス２１により接続されている。

【００２１】音色ＲＯＭ３には、楽音を発生するのに必
要な各種音色データが記憶されており、和音データＲＯ
Ｍ６には、和音を発生するのに必要な各種和音データが
複数種記憶されている。したがって、和音データＲＯＭ
６は、複数種の和音データを記憶する和音データ記憶手
段として機能する。

【００２２】和音入力スイッチ５は、各和音の設定を行
なうスイッチであり、ＣＰＵ２は、和音入力スイッチ５
の走査を行なって、和音入力スイッチ５の操作に対応し
た和音データを和音データＲＯＭ６から読み出す。した
がって、和音入力スイッチ５は、和音データ記憶手段で
ある和音データＲＯＭ６に記憶された和音データのいず
れか一つを選択する選択手段として機能する。

【００２３】ＣＰＵ２は、ワークＲＡＭ４をワークメモ
リとして使用して、内部ＲＯＭに記憶されているプログ
ラムに従って電子楽器１の各部を制御し、電子楽器１と
しての処理、特に、音声制御楽音発生処理を行なう。例
えば、ＣＰＵ２は、和音入力スイッチ５で設定された和
音情報に基づいて和音で構成される演奏情報をバス１９
を介して楽音発生回路１５に転送し、楽音発生回路１５
は、この演奏情報に基づいて和音で構成されるディジタ
ル楽音信号x(n)の生成処理を行なう。この演奏情報とし
ては、例えば、ノートオン／オフ、ベロシティ、音色設
定データ及び和音データ等である。したがって、楽音発
生回路１５は、上記選択手段としての和音入力スイッチ
５により和音データＲＯＭ６から選択された和音データ
に基づいて対応する和音のディジタル楽音信号x(n)を生
成する和音信号生成手段として機能する。

【００２４】マイクロフォン７は、演奏者が発音した音
声をアナログ声信号に変換して、アンプ８に出力し、ア
ンプ８は、このアナログ声信号を増幅してローパスフィ
ルタ１０に出力する。このアナログ声信号は、マイクロ
フォン７からだけでなく、ＬＩＮＥ ＩＮ端子９から入
力されるようにしてもよい。

【００２５】ローパスフィルタ１０は、入力されるアナ
ログ声信号にフィルタ処理を施して、Ａ／Ｄ変換回路１
１に出力し、Ａ／Ｄ変換回路１１は、ディジタル声信号
p(n)に変換してＤＳＰ１２に出力する。

【００２６】したがって、マイクロフォン７、アンプ
８、ローパスフィルタ１０、Ａ／Ｄ変換回路１１及びＬ
ＩＮＥ ＩＮ端子９は、全体として演奏者による発声動
作に基づいてディジタル声信号p(n)を生成する声信号生
成手段として機能する。

【００２７】ＤＳＰ１２は、フィルタ係数ＲＯＭ１４に
記憶されているフィルタ係数及びＣＰＵ２から転送され
てくるプログラムに従って、ワークＲＡＭ１３をワーク
メモリとして使用して、楽音発生回路１５から入力され
るディジタル楽音信号x(n)にＡ／Ｄ変換回路１１から入
力されるディジタル声信号p(n)に基づいてディジタルフ
ィルタリング処理を施すことにより、ディジタル楽音信
号x(n)に振幅変調処理を施し、ディジタル出力楽音信号
z(n)をＡ／Ｄ変換回路１６に出力する。

【００２８】Ｄ／Ａ変換回路１６は、ＤＳＰ１２から入
力されるディジタル出力楽音信号z(n)をアナログ信号に
変換して、アンプ１７に出力し、アンプ１７でアナログ
出力楽音信号を増幅して、スピーカ１８から放音する。
したがって、Ｄ／Ａ変換回路１６、アンプ１７及びスピ
ーカ１８は、全体としてＤＳＰ１２から出力されるディ
ジタル出力楽音信号z(n)をアナログ出力楽音信号に変換
して放音する放音手段として機能する。

【００２９】すなわち、電子楽器１は、演奏者が、和音
入力スイッチ５でスイッチ操作を行ない、また、音色設
定や各種楽音効果設定等のスイッチ操作を行なうと、設
定操作により得られた演奏情報がバス１９を介してＣＰ
Ｕ２に入力される。ＣＰＵ２は、内部Ｒ０Ｍに記憶され
たプログラムを実行し、ワークＲＡＭ４を一時的なワー
クメモリとして使用しながら、演奏情報の処理を行な
う。このようにして処理された演奏情報は、バス１９を
介して楽音発生回路１５に送られ、楽音発生回路１５
は、上述の演奏情報に従ってディジタル楽音信号x(n)の
生成処理を行なう。次に、楽音発声回路１５において生
成されたディジタル楽音信号x(n)は、楽音信号専用のバ
ス２０を介してＤＳＰ１２に入力される。

【００３０】一方、マイクロフォン７に向って演奏者等
が発声すると、アンプ８を介して得られるアナログ声信
号がローパスフィルタ１０からＡ／Ｄ変換回路１１に入
力され、ディジタル声信号p(n)に変換された後、ＤＳＰ
１２に入力される。

【００３１】ＤＳＰ１２は、後述するディジタルフィル
タリング演算のための各種係数を記憶したフィルタ係数
ＲＯＭ１４、楽音発生回路１５から入力するディジタル
楽音信号x(n)及びＡ／Ｄ変換回路１１から入力するディ
ジタル声信号p(n)を記憶し、或いは、ディジタルフィル
タリング演算のためのデータを記憶するワークＲＡＭ１
３を使用して、後述する振幅変調処理を実行する。

【００３２】ＤＳＰ１２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２１を介
してＤ／Ａ変換回路１６に送られ、ここでアナログ出力
楽音信号に変換され、アンプ１７で増幅された後、スピ
ーカー１８から放音される。図２は、図１のＤＳＰ１２
の構成図である。

【００３３】まず、インタフェース１２１は、楽音発生
回路１５に接続されるバス２０、ＣＰＵ２に接続される
バス１９及びＤ／Ａ変換回路１６に接続されるバス２１
を収容し、各バス１９〜２１と内部の回路とを接続す
る。

【００３４】オペレーションＲＯＭ１２２は、ＤＳＰ１
２全体の動作を制御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１２３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１のＣＰＵ２は、オペレーションＲＯＭ１２２か
ら如何なるプログラム命令を読み出して後述する変調処
理を実行するかを、アドレスカウンタ１２３に値をセッ
トすることにより指示する。オペレーションＲＯＭ１２
２の出力は、デコーダ１２４にも与えられており、ＤＳ
Ｐ１２内の各回路に各種制御信号を出力し、所望の動作
を行なわせる。

【００３５】また、ＤＳＰ１２の内部バスには、図１の
フィルタ係数ＲＯＭ１４及びワークＲＡＭ１３が接続さ
れており、オペレーションＲＯＭ１２２のプログラム命
令に従って適宜フィルタ係数データやディジタル楽音信
号x(n)、ディジタル声信号p(n)等がＤＳＰ１２に対して
供給されたり、或いはワークＲＡＭ１３に対して入出力
されたりする。

【００３６】ＤＳＰ１２は、更に、乗算器１２５、加減
算器１２６を、演算処理のために有しており、それぞれ
２入力１出力の形式で内部バスに接続されている。レジ
スタ群１２７は、演算途中のデータを記憶する複数のレ
ジスタからなり、乗算器１２５又は加減算器１２６の各
入出力端子に内部バスを介して接続されている。

【００３７】また、ＤＳＰ１２は、加減算器１２６から
の演算結果（比較結果等）に従ってジャッジ処理をする
ため、フラグレジスタ１２８を介して、アドレスカウン
タ１２３へジャッジ結果を示すフラグ信号が送出され
る。このフラグレジスタ１２８の出力に応じてアドレス
カウンタ１２３のアドレス値が適宜変更され、オペレー
ションＲＯＭ１２２からはアドレスジャンプされたプロ
グラム命令が読み出されることになる。

【００３８】次に、ＤＳＰ１２で実現される機能をブロ
ック化した図を図３に示す。

【００３９】ＤＳＰ１２上のソフトウェアの時分割処理
により実現される帯域別変換部３１₁、・・・、３１
_i=_j、・・・、３１_N が、各サンプリング周期毎に動作
し、各サンプリングの最後で各変換部からの出力がＤＳ
Ｐ１２上のソフトウェア処理により実現される累算部３
６で累算され、ディジタル出力楽音信号z(n)として図１
のＤ／Ａ変換回路１６に出力される。

【００４０】各帯域別変換部３１_t(1≦t≦N)は、更にバ
ンドパスフィルタ部（ＢＰＦ部）３２、３３、エンベロ
ープ抽出部３４及び乗算部３５から構成される。

【００４１】ＢＰＦ部３２、３３は、それぞれ後述する
ように、各帯域共通のソフトウェア処理によるハイパス
フィルタと各帯域別のソフトウェ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。

【００４２】また、エンベロープ抽出部３４は、後述す
るように、カットオフ周波数の低いソフトウェア処理に
よるローパスフィルタで実現される。乗算部３５は、累
算部３６と合せて、後述するように、積和演算処理によ
り実現される。

【００４３】次に、図３のＢＰＦ部３２、３３及びエン
ベロープ抽出部３４の部分の詳細な原理構成について説
明する。図１の楽音発生回路１５及びＡ／Ｄ変換回路１
１からそれぞれ入力される各サンプリングタイミングｎ
毎のディジタル楽音信号x(n)とディジタル声信号p(n)
は、ＤＳＰ１２の時分割処理によって、Ｎ個のＢＰＦ部
３２とＢＰＦ部３３でフィルタリング処理が実行され
る。各帯域別変換部３１_t におけるＢＰＦ部３２とＢＰ
Ｆ部３３は、それぞれ同じ伝達関数を有し、その伝達関
数をＨ_t(z)とする。本実施例では、このＢＰＦ部は、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。ハイパス
フィルタ部の伝達関数をＨ₁(z)、ローパスフィルタ部の
伝達関数をＨ_2t(z)とすると、伝達関数Ｈ_t(z)は、図４
に示すように、Ｈ₁(z)とＨ_2t(z)の積で表される特性と
なる。

【００４４】そして、図３に示すＢＰＦ部３２の場合、
ディジタル楽音信号x(n)は、伝達関数Ｈ₁(z)のハイパス
フィルタ部でフィルタリングされた後、伝達関数Ｈ
_2t(z) のローパスフィルタ部でフィルタリングされ、帯
域制限されたディジタル楽音信号Y_i(n)（但し、ｉ＝
ｔ）として出力される。また、入力されるディジタル楽
音信号x(n)が和音の場合、和音を構成する各楽音Ａ〜Ｄ
毎に上記処理が行なわれ、各構成楽音Ａ〜Ｄ毎に帯域制
限されたディジタル楽音信号Y_Ai(n)〜Y_Di(n)として出力
される。

【００４５】また、図３に示すＢＰＦ部３３の場合に
は、ディジタル声信号p(n)は、伝達関数Ｈ₁(z)のハイパ
スフィルタ部でフィルタリングされた後、伝達関数Ｈ_2t
(z) のローパスフィルタ部でフィルタリングされ、帯域
制限されたディジタル声信号Q_j(n) （但し、ｉ＝ｔ）と
して出力される。更に、このディジタル声信号Q_j(n)
は、図３のエンベロープ抽出部３４での処理にかけられ
るが、この部分は、図４に示すように、伝達関数Ｈ
_Et(z) を有するカットオフ周波数の低いローパスフィル
タ部によって実現される。このようなローパスフィルタ
部により、ディジタル声信号Q_j(n) からエンベロープ信
号R_j(n) が得られる。

【００４６】上述の伝達関数Ｈ₁(z)のハイパスフィルタ
部、伝達関数Ｈ_2t(z)およびＨ_Et(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。

【００４７】図５は、図４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、伝達関数
は、 Ｈ₁(z)＝(1/4)(1-2z^-1+z^-2） である。

【００４８】図５において、４０、４１は遅延素子、４
２、４３、４４は乗算器、４５、４６は加算器を示して
いる。ＤＳＰ１２（図１又は図２）においては、図５の
構成のハイパスフィルタと等価なフィルタ演算処理が、
ＢＰＦ部３２、ＢＰＦ部３３の各場合に以下の離散演算
処理を行なうことにより実現される。

【００４９】すなわち、ＢＰＦ部３２（図３）の場合
は、 S(n)=(1/4)(x(n)-2x(n-1)+x(n-2))・・・・・・(1) ＢＰＦ部３３（図３）の場合は、 S(n)=(1/4)(p(n)-2p(n-1)+p(n-2))・・・・・・(2) 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の倍数となっているため、係数と信号
の乗算は、単なるビットシフト処理で実現できる。

【００５０】このハイパスフィルタの周波数特性は、

【数１】 となり、Ω＝０（０Hz）で最小、Ω＝π（ｆ_s/２Ｈｚ）
で最大となる特性を有する。但し、ｆ_sは、ディジタル
楽音信号x(n)及びディジタル声信号p(n)のサンプリング
周波数（共通）である。図６にその特性を示す。

【００５１】図７は、図４のローパスフィルタＨ_2t(z)
をハードウェアのイメージで示した構成図である。

【００５２】これは、２次のＩＩＲディジタルフィルタ
であって、伝達関数は、 Ｈ_2t(z)＝CY／（1-2rcosθZ^-1＋r²z^-2） である。後述するように、図３の各帯域別変換部３１_t
の添え字ｔに依存してθとCYとが変化し、ｒがレゾナン
スの強さ（ピークの程度）を示すパラメータとなる。

【００５３】図７において、５０、５１は遅延素子、５
２、５３、５４は乗算器、５５、５６は加算器を示して
いる。ＤＳＰ１２（図１又は図２）においては、図７の
構成のローパスフィルタと等価なフィルタ演算処理が、 W_t(n)＝CY・S(n)＋2rcosθW_t(n-1)−ｒ²W_t(n-2)・・・・・・・・(3) なる離散演算処理により実現される。

【数２】 ここで、伝達関数の極は、

【外１】 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、０＜θ＜π／２としたときの極ベクトルと零点
ベクトルとの関係を図８に示す。

【００５４】図８から理解される通り、Ω＝０からΩ＝
πに向けて単位円に沿ってΩが動くにつれベクトルｖ₂
の長さは、はじめ減少し、次に増加する。なお、最小の
ベクトルｖ₂ の長さは、極（re^j ）の近くである。

【００５５】ここで、周波数Ωにおける周波数応答の大
きさは、零点ベクトルｖ₁ と極ベクトルｖ₂ の長さの比
であり、周波数応答の位相は、実軸と零点ベクトルｖ₁
のなす角度から極ベクトルｖ₂のなす角を引いた値とな
ることが知られており、振幅特性のみを図示すると図９
に示すようになる。

【００５６】すなわち、周波数応答の大きさ（振幅特
性）は、極ベクトルｖ₂ の大きさの逆数に比例し、θに
近いΩで最大となることがわかる。そして、ｒの大きさ
に従ってこのピークの鋭さが決まり、ｒを１に近づけて
ゆくと急なピーク（レゾナンス特性）を有するフィルタ
が実現できる。以上の説明から明らかなように、図３の
各帯域別変換部３１_t 毎にθの値を決定すれば（θ＝２
πf_t/f_s）、 図１０に示されるように、各帯域の中心周
波数f_tでピークを持つレゾナンス付きのローパスディジ
タルフィルタを実現できる。

【００５７】ここで、ｒは隣の帯域に影響しないような
大きさに、CYは各帯域で同等のレベルの出力W_t(n) が得
られるような大きさに、経験的に若しくは数学的に求め
ることが可能である。例えば、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＋Δf （すな
わち、f_t+1）との周波数応答の大きさの比をｍ：１とす
れば、

【数３】 というｒについての４次方程式を解き、０＜ｒ＜１のも
のを選ぶことにより、各係数-2rcosθ、r²を求めること
ができる。

【００５８】数値計算の結果、例えばサンプリング周波
数f_s=５kHz、f=440Hzで、m=4とすると、-2rcosθ=1.977
3、r²=0.9851、CY=36.7 となる。

【００５９】その他の帯域についても同様である。

【００６０】以上に示されるような伝達関数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
ーパスフィルタとが、図４に示されるようにカスケード
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１１に示されるように、ｔ
=１〜ｔ=N の各帯域毎に、中心周波数f₁〜f_N、隣接帯域
間の周波数差Δfを有する疑似的なバンドパスフィルタ
が実現できる。次に、図１２は、図３のエンベロープ抽
出部４７に対応する図４のローパスフィルタＨ_Et(z) を
ハードウェアのイメージで示した構成図である。これ
は、先に説明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あって、伝達関数
は、 Ｈ_Et(z)＝CE／（1-1.8z^-1+0.81z^-2） である。これは、先のローパスフィルタＨ_2t(z) の伝達
関数において、r=0.9、θ=0としたものである。

【００６１】図１２において、６０は、図４のローパス
フィルタＨ_2t(z) の出力W_t(n) である図３のＢＰＦ部３
３の出力Q_j(n) を絶対値化する絶対値回路であり、その
出力｜Q_j(n)｜ がディジタルフィルタリングされる。そ
して、６１、６２は、遅延素子、６３、６４、６５は、
乗算器、６６、６７は、加算器を示している。ＤＳＰ１
２（図１又は図２）においては、図１２の構成のローパ
スフィルタと等価なフィルタ演算処理が、 R_j(n)＝CE｜Q_j(n)｜＋1.8R_j(n-1)−0.81R_j(n-2)・・・・・・・(4) なる離散演算処理により実現される。

【００６２】このローパスフィルタの周波数特性は、前
述の説明より明らかなように、θ=0でピークを有するレ
ゾナンス付きのローパスフィルタで、図１３に示される
ような特性（振幅特性）を有する。この場合のカットオ
フ周波数は、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更に低い周波数に設定される。こ
こで、係数CEは、各帯域毎のレベルを一様にする係数
で、経験的に適宜求め得る。

【００６３】図１４は、上述した原理に基づいて得られ
るエンベロープ信号R_j(n) を、入力｜Q_j(n)｜と対比さ
せて模式的に示した図である。図１２の絶対値回路６０
に相当する演算により、負の波高値（図１４の破線）が
全て正の波高値に変換された上でローパスフィルタリン
グ処理が実行されるため、結局、この帯域制限されたデ
ィジタル声信号｜Q_j(n)｜ の直流成分を求めるような動
作を、図３のエンベロープ抽出部３４が実行することに
なる。

【００６４】したがって、ＤＳＰ１２は、ディジタル楽
音信号x(n)を複数の異なる周波数対域内に帯域制限され
た各楽音信号に分割する第１のディジタルフィルタリン
グ処理と、ディジタル声信号p(n)を複数の異なる周波数
対域内に帯域制限された各声信号に分割する第２のディ
ジタルフィルタリング処理と、該第２のディジタルフィ
ルタリング処理により得られる帯域制限された各声信号
から各エンベロープ信号を抽出するエンベロープ抽出処
理と、第１のフィルタリング処理により得られる帯域制
限された各楽音信号を、前記エンベロープ抽出処理によ
り得られる各エンベロープ信号で変調する変調処理と、
該変調処理で得られた各変調信号を累算して、ディジタ
ル出力楽音信号として出力する累算処理と、を時分割の
ディジタル信号処理により所定の処理間隔で順次実行す
るディジタル信号処理手段として機能する。

【００６５】次に、作用を説明する。

【００６６】電子楽器１は、和音入力スイッチ５で選択
された和音データＲＯＭ６の和音データに基づいて楽音
発生回路１５により和音構成されたディジタル楽音信号
x(n)を生成し、ＤＳＰ１２に入力する。また、演奏者が
発音動作した音声をマイクロフォン７で電気信号に変換
し、アンプ８、ローパスフィルタ１０及びＡ／Ｄ変換回
路１１を介してディジタル声信号p(n)としてＤＳＰ１２
に入力する。

【００６７】ＤＳＰ１２でディジタル楽音信号x(n)をデ
ィジタル声信号p(n)に基づいて振幅変調し、和音の各構
成音に対して独立に音声のニュアンスを付与して、ディ
ジタル出力楽音信号z(n)としてＤ／Ａ変換回路１６に出
力する。このディジタル出力楽音信号z(n)をＤ／Ａ変換
回路１６でアナログ出力楽音信号に変換し、アンプ１７
を介してスピーカ１８から放音する。

【００６８】以下、このＤＳＰ１２における処理、特
に、和音に対する上記図３〜図１４で示したフィルタ処
理を図１又は図２のＤＳＰ１２でソフトウェア処理とし
て実行する場合の動作を説明する。

【００６９】図１５は、ＤＳＰ１２において、オペレー
ションＲＯＭ１２２（図２参照）に記憶されたマイクロ
プログラムに従って実行されるハイパスフィルタ処理及
びエンベロープ抽出のためのローパスフィルタ処理、各
楽音に対するフィルタリング処理及びディジタル出力楽
音信号z(n)の出力処理、すなわちＤＳＰボコーダ処理の
動作フローチャートである。これにより、ディジタル楽
音信号x(n)、ディジタル声信号p(n)が、共通の各サンプ
リング周期毎に、図３の各帯域毎の帯域別変換部３１_t
（t=1〜N）でのＢＰＦ部３２、３３、エンベロープ抽出
部３４及び乗算部３５に相当する処理、並びに累算部３
６に相当する処理が、時分割処理として実行されること
によって、各サンプリング周期毎にディジタル出力楽音
信号z(n)が得られ、図１のＤ／Ａ変換器１６に出力され
る。

【００７０】図１５において、まず、図１又は図２のワ
ークＲＡＭ１３等の内容がイニシャライズされる（ステ
ップＳ１）。 次に、図１のＡ／Ｄ変換器１１からサン
プリング周波数f_sに対応する周期で発生されるＡ／Ｄ変
換終了信号を待ち（ステップＳ２）、各サンプリングタ
イミング毎に、Ａ／Ｄ変換されたディジタル声信号p(n)
をインタフェース１２１（図２参照）から取り込み、ワ
ークＲＡＭ１３へ順次格納してゆく。このとき同時に、
楽音発生回路１５（図２参照）から入力されるディジタ
ル楽音信号x(n)をインタフェース１２１から取り込み、
ワークＲＡＭ１３へ順次格納してゆく（ステップＳ
３）。なお、ワークＲＡＭ１３は、現在のサンプルと、
過去２サンプル分をそれぞれ記憶することができる。

【００７１】次に、図１５のステップＳ４〜Ｓ９の処理
は、図３の帯域別変換部３１₁〜３１_N の各ＢＰＦ部３
３及びエンベロープ抽出部３４の処理に相当する。

【００７２】すなわち、まず、ワークＲＡＭ１３から図
２のレジスタ群１２７内のレジスタp(n)、p(n-1)、p(n-
2)に、現在のディジタル声信号p(n)と過去２サンプル分
のディジタル声信号p(n)が読み出され、図３のＢＰＦ部
３３に対応する処理の一部である図４の伝達関数Ｈ₁(z)
で示されるハイパスフィルタリング処理が実行される
（図１５のステップＳ４）。

【００７３】この処理は、前述の（２）式で表される演
算処理であり、図２の乗算器１２５及び加減算器１２６
を使用して実行される。このときに、（２）式の演算に
使用される各フィルタ係数は、フィルタ係数ＲＯＭ１４
（図１又は図２参照）から読み出されて演算に使用され
る。この結果得られた出力は、レジスタ群１２７内のレ
ジスタS(n)に格納される。このハイパスフィルタリング
処理は、各帯域で共通な処理であるため、１回のみの実
行でよい。

【００７４】次に、図３のＢＰＦ部３３に対応する処理
の残りである図４の伝達関数Ｈ_2t(z)＝Ｈ_2j(z)で示され
るローパスフィルタリング処理と、同じくエンベロープ
抽出部３４に対応する処理である図４の伝達関数Ｈ
_Et(z)＝Ｈ_Ej(z)で示されるローパスフィルタリング処理
が続けて実行される。

【００７５】これらの処理は、図３の帯域別変換部３１
₁〜３１_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２のレジスタ群１２７内に、
Ｎ帯域の時分割処理を行な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Ｓ５で値「１」に初期設
定されて、ステップＳ６及びステップＳ７の１帯域分の
ローパスフィルタリング処理が終了する毎に、ステップ
Ｓ８でレジスタｊの内容が「Ｎ」に達したか否かが判別
される。達していなければ、ステップＳ９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Ｓ６が繰
り返される。

【００７６】この処理は、図２の加減算器１２６とフラ
グレジスタ１２８によって実行され、アドレスカウンタ
１２３は、ステップＳ６及びステップＳ７に対応するプ
ログラム命令をオペレーションＲＯＭ１２２から繰り返
し読み出させる。

【００７７】まず、前述のハイパスフィルタ処理の出力
であるレジスタS(n)の内容に対して、図４の伝達関数Ｈ
_2t(z)＝Ｈ_2j(z)で示されるローパスフィルタリング処理
が実行される（図１５のステップＳ６）。この処理は、
前述の（３）式でW_t=Q_j として表される演算処理であり
（図４参照）、図２の乗算器１２５及び加減算器１２６
を使用して実行される。（３）式の演算処理に使用され
る各フィルタ係数は、フィルタ係数ＲＯＭ１４から読み
出されて演算に使用される。

【００７８】また、レジスタ群１２７内には、過去２サ
ンプル分の自分自身のフィルタ出力を格納するレジスタ
Q_j(n-1) 及びQ_j(n-2) が設けられており、これらの内容
も上記演算に使用される。この結果得られた出力は、レ
ジスタ群１２７内のレジスタQ_j(n) に格納される。な
お、各レジスタQ_j(n) 、Q_j(n-1) 及びQ_j(n-2) は、添え
字ｊを変化させてＮ帯域分設けられている。

【００７９】次に、上述のローパスフィルタリング処理
の出力であるレジスタQ_j(n) の内容に対して、図４の伝
達関数Ｈ_Et(z)＝Ｈ_Ej(z)で示されるローパスフィルタリ
ング処理（検出フィルタリング処理）が実行される（図
１５のステップＳ７）。

【００８０】この処理は、前述の（４）式で表される演
算処理であり、図２の乗算器１２５及び加減算器１２６
を使用して実行される。この場合も、（４）式の演算処
理に使用される各フィルタ係数は、フィルタ係数ＲＯＭ
１４から読み出される。また、レジスタ群１２７内に
は、過去２サンプル分の自分自身のフィルタ出力を格納
するレジスタR_j(n-1)とR_j(n-2)が設けられており、これ
らの内容も上記演算に使用される。この結果得られた出
力は、レジスタ群１２７内のレジスタR_j(n) に格納され
る。なお、各レジスタR_j(n)、R_j(n-1)及びR_j(n-2) は、
添え字ｊを変化させてＮ帯域分設けられている。

【００８１】以上、図１５のステップＳ５〜ステップＳ
９の処理により、図３のＮ帯域分の帯域別変換部３１₁
〜３１_NのＢＰＦ部３３及びエンベロープ抽出部３４に
相当する処理が実行される。

【００８２】続いて、ステップＳ１０〜ステップＳ１３
において、和音を構成する各楽音Ａ〜Ｄのディジタル楽
音信号x(n)に対するフィルタリング処理を行ない、この
フィルタリング処理により、図１６に示すように、図３
のＮ帯域分の帯域別変換部３１₁〜３１_NのＢＰＦ部３２
に相当する処理が和音を構成する各楽音Ａ〜Ｄのディジ
タル楽音信号x(n)に対して実行される。

【００８３】すなわち、図１６に和音を構成する１つの
楽音Ａについて示すように、まず、ワークＲＡＭ１３か
ら図２のレジスタ群１２７内のレジスタx(n)、x(n-1)、
x(n-2)に、現在と過去２サンプル分のディジタル楽音信
号x(n)が読み出され、図３のＢＰＦ部３２に対応する処
理の一部である図４の伝達関数Ｈ₁(z)で示されるＦＩＲ
ハイパスフィルタリング処理が実行される（ステップＰ
１）。

【００８４】この処理は、前述の（１）式で表される演
算処理であり、図２の乗算器１２５及び加減算器１２６
を使用して実行される。このとき、（１）式の演算に使
用される各フィルタ係数は、フィルタ係数ＲＯＭ１４か
ら読み出される。この結果得られる出力は、レジスタ群
１２７内の楽音Ａ用のレジスタS_A(n) に格納される。こ
のＦＩＲハイパスフィルタリング処理は、各帯域で共通
な処理であるため、１回のみの実行でよい。

【００８５】次に、図３のＢＰＦ部３２に対応する処理
の残りである図４の伝達関数Ｈ_2t(z)＝Ｈ_2i(z)で示され
るローパスフィルタリング処理が実行される。

【００８６】この処理は、図３の帯域別変換部 ３１₁〜
３１_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２のレジスタ群１２７内に、Ｎ
帯域の時分割処理を行な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Ｐ２で値「１」に初期設定
される。その後、ステップＰ３の１帯域分のＩＩＲロー
パスフィルタリング処理が終了する毎に、ステップＰ４
でレジスタｉの内容が「Ｎ」に達したか否かが判別さ
れ、達していなければ、ステップＰ５においてレジスタ
ｉの内容がインクリメントされて、ステップＰ３が繰り
返される。この場合も、前述のレジスタｊの場合と同様
に図２の各回路が動作する。

【００８７】ステップＰ３の処理は、前述の図１５のス
テップＳ６の処理とほぼ同様である。すなわち、ＦＩＲ
ハイパスフィルタリング処理の出力であるレジスタS
_A(n) の内容に対して、前述の（３）式でW_t=Y_Aiとして
表される演算処理が実行される（図４参照）。このと
き、レジスタ群１２７内には、過去２サンプル分の自分
自身のフィルタ出力を格納するレジスタY_Ai(n-1)及びY
_Ai(n-2)が設けられており、これらの内容も上記演算に
使用される。この結果得られた出力は、レジスタ群１２
７内のレジスタY_Ai(n) に格納される。なお、各レジス
タY_Ai(n)、Y_Ai(n-1)及びY_Ai(n-2) は、添え字ｉを変化
させてＮ帯域分設けられているとともに、和音を構成す
る各楽音Ａ〜Ｄ毎に設けられている。

【００８８】以上、図１６のステップＰ１〜ステップＰ
５の処理により、図３のエンベロープ抽出部３４及びＢ
ＰＦ３２の出力に対応するレジスタR_j(n)及びY_Ai(n)の
内容が確定する。これらの内容を使用して、図３のＮ帯
域分の帯域別変換部３１₁〜３１_Nの各乗算部３５の処理
に対応する以下の処理が実行される。

【００８９】すなわち、図１６のステップＰ６におい
て、レジスタｉ＝ｊの内容を１〜Ｎまで変化させなが
ら、R_j(n)×Y_Ai(n) の乗算が実行される。これは、図２
の乗算器１２５を使用して行なわれ、その乗算結果をレ
ジスタZ_A(n)に格納する。

【００９０】以上、図１６のステップＰ１〜ステップＰ
６の処理により、和音を構成する楽音Ａに対して図３の
Ｎ帯域分の帯域別変換部３１₁〜３１_NのＢＰＦ部３２に
相当する処理が実行される。

【００９１】この楽音フィルタリング処理を、図１５に
示すステップＳ１０〜ステップＳ１３で、各和音を構成
する各楽音Ａ〜Ｄに対して行なう。

【００９２】和音を構成する各楽音Ａ〜Ｄのディジタル
楽音信号x(n)に対して楽音フィルタリング処理が行われ
ると、その結果得られた各和音の乗算結果Z_A(n)〜Z_D(n)
が累算（Z(n)＝Z_A(n)＋Z_B(n)＋Z_C(n)＋Z_D(n)）される。
これは、図２の加減算器１２６を使用して行なわれる。
上述のようにして得られる累算結果は、図２のレジスタ
群１２７内のレジスタｚ(n) に格納される（ステップＳ
１４）。

【００９３】レジスタｚ(n) に格納された累算結果は、
この後に続く図１５のステップＳ１５において、サンプ
リング間隔で図２のインタフェース１２１から図１のＤ
／Ａ変換器１６に出力される。

【００９４】以上説明したように、和音を構成する各楽
音信号及び人間の声信号を複数帯域に分割する図３のＢ
ＰＦ部３２、３３の処理、帯域制限された声信号からエ
ンベロープを抽出する図３のエンベロープ抽出部３４の
処理、エンベロープ信号で帯域制限された和音の各楽音
信号に振幅変調をかける図３の乗算部３５の処理、和音
を構成する各楽音信号毎の各帯域の変調出力を累算し
て、出力楽音信号を得る図３の累算部３６の処理が、ソ
フトウェアの時分割処理によるディジタル声信号として
実現される。これにより、和音の各楽音信号の倍音成分
に独立に人間の声のニュアンスを付加して、放音すると
いう音声制御楽音発生処理を、１チップのＤＳＰを使用
して、簡単かつ安定して行なうことができる。

【００９５】なお、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。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、所望の和音を簡単な操
作で発生させることができるとともに、この和音にソフ
トウェアの時分割処理に基づくディジタルフィルタリン
グ処理を施すことにより、所望の和音の構成音に対し
て、独立に音声のニュアンスを付与することのできる音
声制御楽音発生装置を、簡単な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声制御楽音発生装置の一実施例を適
用した電子楽器の全体回路ブロック図。

【図２】図１のＤＳＰの構成図。

【図３】ＤＳＰの機能ブロック図。

【図４】ＢＰＦ部とエンベロープ抽出部のフィルタ構成
図。

【図５】ハイパスフィルタＨ₁(z)の構成図。

【図６】ハイパスフィルタＨ₁(z)の特性図。

【図７】ローパスフィルタＨ_2t(z)の構成図。

【図８】ローパスフィルタＨ_2t(z)の極と零点及び極ベ
クトルと零ベクトルの関係図。

【図９】ローパスフィルタＨ_2t(z)の振幅特性図。

【図１０】ローパスフィルタＨ_2t(z)の特性図。

【図１１】バンドパスフィルタＨ₁(z)・Ｈ_2t(z)の特性
図。

【図１２】ローパスフィルタＨ_Ej(z)の構成図。

【図１３】ローパスフィルタＨ_Ej(z)の特性図。

【図１４】｜Q_j(n)｜とR_j(n)の関係図。

【図１５】ＤＳＰボコーダ処理の動作フローチャート。

【図１６】図１５の楽音Ａフィルタリング処理を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１ 電子楽器 ２ ＣＰＵ ３ 音色ＲＯＭ ４ ワークＲＡＭ ５ 和音入力スイッチ ６ 和音データＲＯＭ ７ マイクロフォン ８ アンプ ９ ＬＩＮＥ ＩＮ端子 １０ ローパスフィルタ １１ Ａ／Ｄ変換回路 １２ ＤＳＰ １３ ワークＲＡＭ １４ フィルタ係数ＲＯＭ １５ 楽音発生回路 １６ Ｄ／Ａ変換回路 １７ アンプ １８ スピーカ １２１ インタフェース １２２ オペレーションＲＯＭ １２３ アドレスカウンタ １２４ デコーダ １２５ 乗算器 １２６ 加減算器 １２７ レジスタ群 １２８ フラグレジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種の和音データを記憶する和音デー
   タ記憶手段と、 前記和音データ記憶手段に記憶された和音データのいず
   れか一つを選択する選択手段と、 前記選択手段で選択された和音データに基づいた複数種
   のディジタル楽音信号を生成する和音信号生成手段と、 外部発声動作に基づいてディジタル声信号を生成する声
   信号生成手段と、 前記ディジタル楽音信号を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のディジタル
   フィルタリング処理と、前記ディジタル声信号を複数の
   異なる周波数帯域内に帯域制限された各声信号に分割す
   る第２のディジタルフィルタリング処理と、該第２のデ
   ィジタルフィルタリング処理により得られる帯域制限さ
   れた各声信号から各エンベロープ信号を抽出するエンベ
   ロープ抽出処理と、前記第１のフィルタリング処理によ
   り得られる帯域制限された各楽音信号を、前記エンベロ
   ープ抽出処理により得られる各エンベロープ信号で変調
   する変調処理と、該変調処理で得られた各変調信号を累
   算して、ディジタル出力楽音信号として出力する累算処
   理と、を時分割のディジタル信号処理により所定の処理
   間隔で順次実行するディジタル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段から出力されるディジタル
   出力楽音信号に基づいて放音を指示する放音手段と、 を備えたことを特徴とする音声制御楽音発生装置。