JPH0549996B2 - - Google Patents

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JPH0549996B2
JPH0549996B2 JP58002739A JP273983A JPH0549996B2 JP H0549996 B2 JPH0549996 B2 JP H0549996B2 JP 58002739 A JP58002739 A JP 58002739A JP 273983 A JP273983 A JP 273983A JP H0549996 B2 JPH0549996 B2 JP H0549996B2
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JP
Japan
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envelope
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digital
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JP58002739A
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JPS59126597A (ja
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Masao Tsukamoto
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子楽器に関し、特にデジタル演算を
時分割多重で行なうことにより多数のエンベロー
プのデジタルデータを得ることを目的とする。
従来例の構成とその問題点 エンベロープの発生の典型的方法は、第1図に
示す様に、単エネルギー回路の過渡現象を応用す
るものがほとんどであつた。
すなわち、鍵盤の鍵スイツチSが第1図の位置
にあれば、コンデンサCの電荷は抵抗Rを通じて
充分に放電されてOとなつている。演奏によつて
鍵スイツチSが電源E側に倒れると、コンデンサ
Cには抵抗Rを通して充電が開始され、時定数
CR〔sec〕に基づく立上りエンベロープ信号が得
られる。
次に鍵が離れて鍵スイツチSがアース側に戻る
とコンデンサCに蓄えられた電荷は抵抗Rを通し
て放電を開始し、時定数CR〔sec〕に基づく立下
りエンベロープ信号を発生する。
通常、立上り時定数と立下り時定数とを異なら
せることと、これら時定数を演奏者が自由に設定
出来る様にすることから実際のエンベロープ発生
回路は、この第1図よりもかなり複雑となる。
この様な、アナログ回路によつてエンベロープ
を発生する様にした電子楽器に於いては、第2図
に示す様にトーンジエネレータからの常時発振の
波形電圧egが電圧制御型振幅制御器(以下VCA
と呼ぶ)1の入力端子に加えられると共に、鍵ス
イツチSのON/OFFに応じて、エンベロープ発
生回路2からのエンベロープ信号の電圧evが
VCA1の制御端子に加えられる。これによつて
波形電圧egは、エンベロープ電圧evに基づいてエ
ンベロープが付加されて、VCA1の出力端子に
楽音信号として得られる。
この場合、通常の電子楽器に於いては多数の鍵
を有する鍵盤を複数個持つているから第2図の構
成を多数持つ必要がある。この場合エンベロープ
発生回路2やVCA1はいずれもアナログ回路で
あるからこれらを構成する素子のバラツキが問題
となる。例えばVCA1に於いては制御端子に対
する楽音の振幅のバラツキがあり、エンベロープ
発生回路2に於いてはコンデンサCや抵抗Rのバ
ラツキによる時定数CR〔sec〕のバラツキが存在
する。これらは各鍵毎の音量やエンベロープのバ
ラツキとして現われ、電子楽器を構成する場合極
めて不具合である。更にVCA1にはアナログ回
路特有のドリフトやオフセツトの問題も有り、こ
れらは温度等の環境条件の影響を受けやすい。又
実装面から言つてもアナログ回路は大規模集積回
路(以下LSIと呼ぶ)にしにくく結局、多数の素
子を並べざるを得ないなどの問題が多かつた。
発明の目的 本発明はこれらの問題を解決する電子楽器に関
し、特にデジタル手段によつてエンベロープデー
タを発生するようにした電子楽器を提供するもの
である。
発明の構成 本発明はデジタル加算器、減算器、乗算器等の
デジタル演算装置で構成した1次積分形デジタル
フイルタを用いてエンブロープデータを発生する
ようにしたものであり、これによつて素子のバラ
ツキによる問題を解決し、LSI化に通した回路を
構成することができる。
実施例の説明 デジタル手段によつてエンベロープを発生する
方法を説明する前に第1図のアナログ回路につい
て検討する。
まず第3図の様に電圧と電流を設定する。この
図に於いて次式が成立する。
Ri(t)+1/Cq(t)=ei(t) ……(1) ここで、 i(t)=d/dtq(t) e0(t)=1/Cq(t) であるので、(1)式はeo(t)に関する式に変形する
ことにより、次式の如き1階線形常微分方程式が
得られる。
d/dte0(t)+1/CRe0(t)=1/CRei(t)…
…(2) ここで、 ei(t)=Ei(一定) とすれば、e0(t)に関して以下の様な一般解を得
る。
e0(t)=Ei+ConstE-t/CR ……(3) 初期条件として、 t=oにおいてe0(t)=e0(o) を(3)式に代入すれば、 Const=e0(o)−Ei 従つて e0(t)=Ei+{e0(o)−Ei}E-t/CR ……(4) となる。これが、第3図の過渡応答である。
この式よりわかる通り、t=oからt=∞にお
いて、e0(t)はe0(o)からEiに向かつて時定数CR
〔sec〕で変化する。Ei>e0(o)の時立上りエンベロ
ープとなり、Ei<e0(o)の時立下りエンベロープと
なる。
次に、この第3図と同じ動作をデジタル手段に
よつて行なわせる構成を説明する。
(4)式に示される第3図の一般解をT〔sec〕毎に
サンプリングする場合、時間tは0、T、2T、
3T、4T……と考えれば良く、nを任意の整数と
すれば、 t=nT となるのでこれを(4)式に代入すれば、 e0(nT)=Ei+{e0(o)−Ei}E-nT/CR ……(5) となる。同様にして、nTよりも1サンプルだけ
前の時刻は t=nT−T であるから、これを(4)式に代入すると、 e0(nT−T)=Ei+{e0(o)−Ei}E-nT-T/CR=Ei+{e0
(o)−Ei}E-nT/CR×ET/CR……(6) となる。これら(5)式と(6)式より、次式の如き線形
1次差分方程式を得る。
e0(nT)=Ei+{e0(nT−T)−Ei}E-T/CR ……(7) この式の意味する所はnT〔sec〕を現在の時刻
とすれば、現在の振幅値e0(nT)と、現在よりT
〔sec〕前のnT−T〔sec〕における振幅値e0(nT
−T)との関係を示すものであつて、この運算を
T〔sec〕毎に繰り返すことにより、第3図のアナ
ログ回路と全く同一の動作をデジタル演算によつ
て行なえるものである。即わち、初期値e0(o)が与
えられると、(7)式によつてe0(T)が求まり、次にe0
(T)よりe0(2T)が得られ、e0(2T)からe0(3T)、
e0(3T)からe0(4T)という様に、T〔sec〕毎に
順次得られ、このe0(o)、e0(T)、e0(2T)、e0(3T)、
e0(4T)、……e0(nT)……というデジタル値は第
3図から得られる過渡応答電圧e0(t)をT〔sec〕毎
にサンプルした値を数字で表現したものに等し
い。従つてe0(nT)はe0(t)と同様、時定数をCR
〔sec〕とする指数関数となる。
実際に(7)式の演算を行なうには、e0(nT−T)、
Ei、E-T/CRのデジタル値を格納する3個のレジス
タと各1回の減算、乗算、加算を実行する必要が
ある。つまり、第4図に示す様な構成となる。こ
の図においてクロツク端子3にはサンプリング時
間T〔sec〕毎にパルスが与えられ、その都度、加
算器4の出力からはe0(nT)が得られ、e0(nT−
T)レジスタ5に格納される。又このe0(nT)は
指数関数エンベロープであり、その初期値e0(o)よ
りもEiレジスタ6の設定値が大きければ立上りエ
ンベロープとなり、小さければ立下りエンベロー
プとなる。そこで鍵スイツチがOFFのときEi=
0とし、充分な時間が経つていれば、e0(nT)は
0になつている。鍵スイツチがONした時、適当
な大きさのEiを与えれば、e0(nT)は0から時定
数CR〔sec〕で、Eiに向つて立上る。次に鍵スイ
ツチがOFFされれば、Eiを再び0とすることに
よりe0(nT)は0に向つて立下る。この場合、エ
ンベロープの振幅は、鍵ON時のEiの設定値に比
例するので、このEiによつて音量が制御出来る。
鍵スイツチのON/OFFに応じてE-T/CRレジス
タ7の値を変えてやると、立上りエンベロープと
立下りエンベロープの時定数を加えることが出来
る。
これらEiの値や、E-T/CRの値の設定は、ここで
は特に言及しないが、鍵スイツチの動きや、各種
音色スイツチの動きを監視するマイクロコンピユ
ータの如き制御装置を設け、必要な値をEiレジス
タ6やE-T/CRレジスタ7に書き込むものとする。
以下の説明においても同様、各レジスタや、メモ
リへは、上記制御装置が必要に応じて所定の値を
書き込むものとする。
第4図において、エンベロープデータはe0
(nT)として加算器4の出力から出力端子10に
得られる。この場合、e0(nT−T)レジスタ5か
ら得られたe0(nT−T)のデータが、減算器8、
乗算器9、加算器4を通り抜けて来た結果として
e0(nT)が得られるので、エンベロープデータの
タイミングはこれら各演算器の遅延時間を考慮し
なければならない。そこで(7)式を変形する。まず
nTよりも1サンプル後の時間は t=nT+T であるからこれを(4)式に代入すると、 e0(nT+T)=Ei+{e0(o)−Ei}E-nT+T/CR=Ei+{e0
(o)−Ei}E-nT/CR・×E-T/CR……(8) (5)式と(8)式より次式の差分方程式が得られる。
e0(nT+T)=Ei+{e0(nT)−Ei}×E-T/CR ……(9) この式は、(7)式と比べるとT〔sec〕だけ時間が
ずれているものであつて、e0(nT)とe0(nT+
T)との関係を示すものである。これによつても
第3図のアナログ回路と全く同一の動作をデジタ
ル演算によつて行なえるものである。この(8)式の
演算を行なうには第5図の如き構成とすれば良
い。この場合にはe0(nT)はレジスタ11からの
直接の出口であるから、エンベロープデータの得
られるタイミングは減算器8、乗算器9、加算器
4等の遅延時間を考慮する必要がない。これら演
算器の遅延時間は、サンプリング周期Tをいかに
小さく出来るかのみにかかわる。
先述の通り第4図、第5図共に第3図のアナロ
グ回路と実質的に同じ動作をするが、以下の説明
は第5図を使つて行なう。
さて、すでに述べた通り、電子楽器には通常多
くのエンベロープ信号を必要とするが、以下第5
図の実施例を発展させることによつて多くのエン
ベロープ信号が発生できることを述べる。
第5図のデジタル演算回路は第3図のアナログ
回路に相当するので、これでは1つのエンベロー
プ信号しか発生しない。しかし、エンベロープ信
号を計算するに必要な情報は、Ei、E-T/CRとe0
(nT)であつて、演算自体は多くのエンベロープ
全てについて共通で良い。つまりEi、E-T/CR、e0
(nT)のレジスタ6,7,11を多く設ければ良
く、減算器8、乗算器9、加算器10は全てのエ
ンベロープについて共用出来る。例えば、サンプ
リング時間Tを、 T=50〔μsec〕 即ち、サンプリング周波数を20KHzとする。この
場合、減算、乗算、加算の一連の演算を50μsec以
内に終了してe0(nT+T)を50μsec毎にe0(nT)
レジスタに格納すれば良い。そこで例えば、100
個の独立したエンベロープを発生する事を考える
と、第6図の如く、Eiレジスタ、ε-T/CRレジスタ、
e0(nT)レジスタの代りに100個のアドレスを有
する読み書きメモリ(以下RAMと呼ぶ)12,
13,14を設けて、これを500ns毎に順次アド
レスを回せば良い。即ち、各RAM12,13,
14の一定のアドレスのみについて見れば、
500nsの100倍、つまり50μs毎に循環するので、
50μs毎に1サンプルの計算を更新するが、これが
各RAMの100コのアドレス全てについて言える
から、結局、100コの独立したエンベロープが時
分割多重の形で得られることになる。なお、第6
図の15はアドレスカウンタである。
次にこのような原理でエンベロープを発生する
電子楽器について説明する。
第6図によれば、多数のエンベロープ信号が得
られるから、これと同じタイミングで楽音波形を
得る様にすれば良い。ここでは詳しい説明を省略
するが、第7図に示すように、波形計算の為の必
要なパラメータをRAM16,17に多数格納し
ておき、このアドレスをアドレスカウンタ15の
出力で循環すれば、波形計算器18の出力端子1
9に多数の波形データが時分割多重で得られる。
したがつて、第6図に示されるエンベロープ発
生回路と第7図に示される波形発生回路とを組合
せれば、デジタル演算によつてエンベロープの付
加された楽音波形を時分割多重の形で発生する電
子楽器が構成できる。これを第8図に示す。これ
ら多数の波形とエンベロープは同一のクロツクで
同期して、時分割多重で得られるから、そのまま
乗算器20で乗算すれば、エンベロープの付加さ
れた多数の楽音信号が時分割多重で得られる。乗
算器20から得られるデジタルデータをデジタ
ル・アナログ変換器21を通してアナログ信号に
変換し、クロツク除去フイルタ22によつてクロ
ツク信号を除去すれば、出力端子23に通常の電
子楽器と同じ楽音信号を得ることが出来る。
発明の効果 以上詳述した様に、本発明によれば、デジタル
演算によつて、アナログ回路と同様のエンベロー
プを発生出来、しかも通常、演算の難しい指数関
数が、減算、乗算、加算という比較的単純な演算
の繰り返しによつて得られる。
又、本発明の如きデジタル演算はハードウエア
の演算速度の許す限り時分割多重が可能であるの
で、演算回路は共用のまま、パラメータ用RAM
のアドレスを循環するだけで多数のエンベロープ
データが得られる。
更に、波形発生についても同様に、時分割多重
で多数の波形データを得れば、エンベロープデー
タとデジタル乗算することによりエンベロープの
付加された楽音信号データを時分割多重で得るこ
とが出来る。
本発明の最も大きな特徴は、主たる構成要件の
全てがデジタル回路であつて、LSI化しやすく部
品点数の削減が図れることである。そしてデジタ
ル演算によつて多数のエンベロープデータには全
くバラツキが存在せず、アナログ回路の様なドリ
フトやオフセツトの問題も存在せず、温度の影響
を受けない。したがつて、本発明を従来のアナロ
グ演算部に代えて全面的に採用することにより優
れた電子楽器が構成出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来例の回路図、第3図は第
1図の等価回路図、第4図、第5図、第6図は本
発明に用いるエンベロープ発生回路の第1、第
2、第3の実施例のブロツク図、第7図は本発明
に用いる波形発生回路のブロツク図、第8図は本
発明により得られる電子楽器の一実施例のブロツ
ク図である。 3……クロツク入力端子、4……加算器、5,
6,7,11……レジスタ、8……減算器、9…
…乗算器、10……エンベロープデータの出力端
子、12,13,14……RAM、15……アド
レスカウンタ、16,17……RAM、18……
波形計算器、19……楽音波形の出力端子、20
……乗算器、21……デジタル・アナログ変換
器、22……クロツク除去フイルタ、23……楽
音波形の出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 e0(nT)=Ei+{e0(nT−T)−Ei}ε-T/CR e0(nT+T)=Ei+{e0(nT)−Ei}ε-T/CR のいずれかの演算式によつて繰り返し演算を行う
    1次積分型デジタルフイルタを用いてエンベロー
    ブデータを発生することを特徴とする電子楽器。 2 演算に必要な1組のデータe0(nT)、Ei、
    ε-T/CRを、多数のアドレスを有するメモリを用い
    る事により、同時に多数のエンベローブ計算を時
    分割で行つてエンベローブを発生する事を特徴と
    する請求項第1項記載の電子楽器。
JP58002739A 1983-01-10 1983-01-10 電子楽器 Granted JPS59126597A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58002739A JPS59126597A (ja) 1983-01-10 1983-01-10 電子楽器

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JP58002739A JPS59126597A (ja) 1983-01-10 1983-01-10 電子楽器

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JPS59126597A JPS59126597A (ja) 1984-07-21
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5546792A (en) * 1978-09-28 1980-04-02 Nippon Musical Instruments Mfg Envelope waveform generator
JPS5560188A (en) * 1978-10-26 1980-05-07 Garrett Corp Heat exchanger and method of producing same
JPS55138798A (en) * 1979-04-18 1980-10-29 Sony Corp Envelope signal generator
JPS57189197A (en) * 1981-05-19 1982-11-20 Casio Computer Co Ltd Rhythm tone generator

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JPS59126597A (ja) 1984-07-21

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