JPH0644191B2 - 楽音信号発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は波形メモリ読出し方式の楽音信号発生装置に
関し、詳しくは複数周期分の波形データを記憶した波形
メモリを用いて高品質の楽音信号を発生する場合におい
て音色変化制御を簡単に行うことができるようにしたこ
とに関する。

〔従来の技術〕

従来、楽音の発音開始から終了に至るまでの全波形もし
くはその一部の複数周期波形を波形メモリに記憶させて
おき、この波形メモリを読み出すことにより、自然楽器
の音に極めて近似した高品質の楽音信号を発生し得るよ
うにした楽音信号発生装置がある（特開昭５２−１２１
３１３号）。

ところが、この楽音信号発生装置は、波形メモリに記憶
した全波形もしくは一部波形を読み出してそのまま直接
楽音信号として発生するものであるため、発生される楽
音信号の音色変化が一様で音楽的におもしろ味が無いと
いう欠点がある。そこで、発生すべき楽音の音高や音域
に応じて音色を変えるキースケーリング制御や演奏用鍵
の操作状態（操作速度、操作強さ）に応じて音色を変え
るタッチレスポンス制御、さらには各種操作子の操作状
態に応じて音色を変える操作子制御を行おうとすると、
これらの制御内容別に複数の波形メモリを設け、このう
ち１つを選択して読み出さなければならず、構成が複雑
化すると同時に、波形メモリの容量が膨大なものになっ
てしまう欠点が生じていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、上述のように高品質の楽音信号を発生する
楽音信号発生装置において、音色変化制御を行おうとす
る場合に構成が複雑化するという問題点と、波形メモリ
の容量が膨大になるという問題点を解決しようとするも
のであり、簡単で小容量の波形メモリの構成で音色変化
を付与することができる楽音信号発生装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の楽音信号発生装置は、複数周期分の波形デー
タを記憶した波形メモリと、発生すべき楽音の音高に対
応して変化するアドレス信号を発生するアドレス信号発
生手段と、操作子と、この操作子の操作に応じて値が変
動する操作子情報を発生するものであり、この値の最大
変動範囲は前記波形メモリにおける記憶波形１周期分の
アドレス変化範囲よりも大きいものである操作子情報発
生手段と、前記操作子情報発生手段から発生された前記
操作子情報と前記アドレス信号とを加算し、前記操作子
の操作に応じて実時間で変調される変調アドレス信号を
出力する加算手段と、前記加算手段から出力される変調
アドレス信号に従って前記波形メモリから波形データを
読み出し、これに基づき波形信号を発生する波形発生手
段とを具えたものである。

〔作用及び発明の効果〕

波形メモリを読み出すためのアドレス信号が、操作子の
操作に応じて発生される操作子情報によって実時間で変
調されるので、波形メモリから読みだされた波形データ
に基づき発生される波形信号すなわち楽音信号は、波形
メモリに記憶されたものにそっくり対応するものではな
く、それを変調したものとなる。

操作子情報の値の最大変動範囲は前記波形メモリにおけ
る記憶波形１周期分のアドレス変化範囲よりも大きいも
のであるから、操作子の操作量が大きい場合は、記憶波
形１周期分のアドレス変化範囲を超えてアドレス信号が
変調されることになり、波形メモリにおける複数周期記
憶波形が１周期以上飛び越して読み出されるような制御
がなされる。これによって、例えば、アタック部を飛び
越してサステイン部から発音を開始する等の自由な制御
が、演奏者による操作子操作によって自由に行えるよう
になり、楽音制御の自由度が増し、演奏性能を向上させ
ることができる。

また、音高に対応する本来のアドレス信号に対して操作
子情報を加算することにより、変調アドレス信号を得て
いるため、例えば、操作子を動かさない場合は、操作子
情報が一定値となり、変調アドレス信号の時間的変調は
なされず、音色変化が生じない。これに対して、操作子
を動かすと、操作子情報が時間的に変化し、変調アドレ
ス信号の時間的変調がなされて、音色変化が生じる。従
って、操作子の動きに連動した音色変化制御を施すこと
ができると共に、操作子の動きを止めると即座に元の音
色（メモリに記憶した通りの音色）に戻ることができ、
演奏者にとって判り易い音色変化制御を行うことができ
る。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説
明しよう。

第２図は、この発明を適用した電子楽器の一実施例を示
す全体ブロック図であり、そこに示されたトーンジェネ
レータ１０の内部構成の一実施例が第１図に示されてい
る。この発明の第１の特徴は、主として第１図によく示
されている。

まず第２図を参照してこの実施例に係る電子楽器の全体
構成につき説明する。鍵盤１は発生すべき楽音の音高を
指定するために操作される複数の鍵を具えており、押鍵
検出回路２ではこの鍵盤１における押圧鍵を検出し、押
圧鍵に対応するキーコードＫＣと押鍵中は信号“１”を
維持するキーオン信号ＫＯＮ及び押鍵開始時に一時的に
信号“１”となるキーオンパルスＫＯＮＰを出力する。
アドレス信号発生回路３は発生すべき楽音の音高に対応
して変化するアドレス信号ＡＤを発生するものであり、
発生すべきアドレス信号ＡＤの値がキーオンパルスＫＯ
ＮＰによって初期アドレスにリセットされ、以後、この
アドレス信号ＡＤの値がキーコードＫＣに対応するレー
トで変化する。トーンジェネレータ１０内の波形メモリ
に記憶する波形データが発音開始から終了までの全波形
のデータの場合は、アドレス信号発生回路３では初期ア
ドレスから最終アドレスまでの全アドレスに対応するア
ドレス信号ＡＤを一通りだけ発生するものとする。他
方、トーンジェネレータ１０内の波形メモリに記憶する
波形データが部分的な複数周期波形のデータの場合は、
アドレス信号発生回路３では所定のアドレス範囲のアド
レス信号ＡＤを繰返し発生して上記複数周期波形を繰返
し読み出すことができるようにするものとする。このよ
うにアドレス信号発生回路３においてどのようなアドレ
ス信号発生方式を用いるかは設計上適宜に選択できる。

４はピアノやバイオリンなどの所望の音色を選択する音
色選択回路であり、選択された音色を表わす音色選択情
報ＴＣを出力する。

５は鍵盤１における鍵の操作速度あるいは操作強さを検
出し、このことを表わすタッチ情報ＴＳを出力するタッ
チ検出回路、６はタッチ検出回路５から出力されたタッ
チ情報ＴＳと音色選択回路４から出力された音色選択情
報ＴＣに基づき、選択音色に適合した特性のタッチデー
タＴＤをタッチ情報ＴＳに従って出力するタッチデータ
発生回路であり、ここでは２系列のタッチデータＴ
Ｄ_１，ＴＤ_２を出力する。

７は押鍵検出回路２から出力されたキーコードＫＣと音
色選択回路４から出力された音色選択情報ＴＣに基づ
き、トーンジェネレータ１０で形成される楽音信号Ｇの
音色や振幅を押圧鍵の音域と選択音色に応じて制御する
ためにキースケーリング情報ＫＳを出力するキースケー
リング制御回路であり、ここでも２系列のキースケーリ
ング情報ＫＳ_１，ＫＳ_２が出力される。

８は楽音の明るさなどの制御のために音色および音量、
その他楽音要素を制御するための複数の操作子を備え、
これら操作子の操作状態に応じた操作子情報ＯＰＤを出
力する操作子回路であり、ここでも２系列の操作子情報
ＯＰＤ_１，ＯＰＤ_２が出力される。

９はトーンジェネレータ１０で形成されたディジタル楽
音信号Ｇをアナログの楽音信号に変換するＤＡ変換器で
あり、変換された楽音信号はサウンドシステムＳＳを介
して発音される。

第１図を参照すると、トーンジェネレータ１０は波形発
生手段としての波形メモリ１１を具備している。この例
では、波形メモリ１１は、楽音の発音開始から終了に至
までの全波形に関する波形データをパルスコード変調方
式（ＰＣＭ）で記憶しているものとし、そのような波形
データの１組を音色選択回路４で選択可能な各音色毎に
夫々別々に記憶しているものとする。音色選択情報ＴＣ
が波形メモリ１１に入力されており、該メモリ１１から
読み出すべき波形データの組を選択された音色に応じて
夫々指定する。波形メモリ１１において、指定された１
組の波形データはアドレス入力に与えられるアドレス信
号に従ってサンプル点毎に順次読み出される。なお、波
形メモリ１１に記憶したＰＣＭ方式の波形データは、エ
ンベロープレベルが一定レベルに規格化されたものであ
るとし、アタック、ディケイ等のエンベロープ特性は出
力側に設けた乗算器１２において付与するものとする。

音色変化パラメータ発生回路１３は、キースケーリン
グ、鍵タッチ、操作子の操作量等の音色制御要因に応じ
て音色変化パラメータＰ１を発生するものである。第２
図の各回路６〜８から出力された２系列の情報のうち一
方の系列の情報ＴＤ_１，ＫＳ_１，ＯＰＤ_１が音色変化パ
ラメータ発生回路１３に与えられ、更に音色選択情報Ｔ
Ｃも与えられる。発生回路１３では、入力された各情報
ＴＤ_１，ＫＳ_１，ＯＰＤ_１，ＴＣの内容に応じて音色変
化パラメータＰ１を発生する。

加算器１４はアドレス信号変調手段として機能するもの
であり、第２図のアドレス信号発生回路３から与えられ
たアドレス信号ＡＤと前記音色変化パラメータＰ１を加
算することにより該アドレス信号ＡＤを変調し、変調さ
れたアドレス信号を波形メモリ１１に供給する。これに
より、音色変化パラメータＰ１に応じて位相変調された
状態で波形メモリ１１から波形データが読み出される。
従って、波形メモリ１１の読み出し出力に基づき得られ
る楽音信号は、該メモリ１１に記憶した波形そのもので
はなく、音色変化パラメータＰ１に応じた音色変化が付
与されたものである。

音色変化パラメータＰ１を発音期間中一定値に固定した
とすると、単に波形メモリ１１から読み出される波形デ
ータの初期位相がずらされるだけであるので、あまり顕
著な音色変化は期待できない。（しかし、発音開始時か
安定したサステイン部の波形が読み出される、等によ
り、音色が変化した印象を与えることは可能である。）
そこで、回路１３から発生する音色変化パラメータＰ１
は時間的に変化するものであることが望ましい。時間的
に変化する音色変化パラメータＰ１の変化形態の一例と
しては、キーオン信号ＫＯＮに応じて発生するエンベロ
ープ波形信号の形態、あるいは、数Hz乃至十数Hzの超低
周波信号の形態、あるいはランダムに値が変化するラン
ダム信号の形態、あるいは音の立上り時又はサステイン
時等任意のタイミングで所定時間だけ所定値を示す形
態、などが考えられる。音色変化パラメータ発生回路１
３は、上述のような各種変化形態で音色変化パラメータ
Ｐ１を発生し得るようにするために、エンベロープ波形
発生手段、超低周波発振手段、ランダム信号発生手段、
タイマー及びデータ発生手段などを含んでいくてよく、
あるいはそのうちいずれか１つだけを含んでいてもよ
く、更に各種入力情報ＴＤ_１，ＫＳ_１，ＯＰＤ，ＴＣを
処理するための演算手段やパラメータメモリなどを含ん
でいてもよい。この場合、エンベロープ波形の各種特性
や超低周波信号の周波数や振幅などを情報ＴＤ_１〜ＴＣ
に応じて制御するようにすることができる。こうして、
鍵タッチ、キースケーリング、操作子操作状態等の音色
制御要因に応じて異なる態様で時間的に変化する音色変
化パラメータＰ１が発生回路１３から発生され、これに
より音色制御要因の内容に応じた音色変化制御が実現さ
れる。

エンベロープ信号発生回路１５は、楽音信号の振幅を発
音開始から終了までの間時間変化させるためのエンベロ
ープ信号Ｐ２をキーオン信号ＫＯＮに応答して発生する
ものであり、このエンベロープ信号Ｐ２の全体形状（パ
ーカッシブ系か持続系か等の区別）やアタックレベルや
アタック時間やディケィ時間等の各種特性を第２図の各
回路６〜８から与えられるもう一方の系列の各情報ＴＤ
_２，ＫＳ_２，ＯＰＤ_２及び音色選択情報ＴＣに応じて設
定する。発生されたエンベロープ信号Ｐ２は乗算器１２
に与えられ、波形メモリ１１から読み出された波形デー
タに乗算され、その振幅レベルを制御する。こうして振
幅エンベロープが付与された波形信号が楽音信号Ｇとし
てトーンジェネレータ１０から出力される。

第３図はトーンジェネレータ１０の別の実施例を示すも
ので、波形メモリ１１、音色変化パラメータ発生回路１
３、加算器１４、エンベロープ信号発生回路１５、乗算
器１２は第１図に示された同一符号のものと同様のもの
であってよい。この例では、更に、第２に変調手段であ
る加算器１６と、第２の波形発生手段である波形メモリ
１７と、エンベロープ信号発生回路１８及び乗算器１９
が設けられている。加算器１６は、アドレス信号発生回
路３（第２図）から与えられたアドレス信号ＡＤと乗算
器１２の出力信号とを加算し、これにより該アドレス信
号ＡＤを乗算器１２の出力信号によって変調する。加算
器１６の出力は第２の波形メモリ１７のアドレス入力に
与えられる。

第２の波形メモリ１７は所定の波形の波形データをＰＣ
Ｍ方式で記憶したものであり、音色選択情報ＴＣに応じ
て選択された音色に対応する波形が選択され、この波形
の波形データが加算器１６から与えられるアドレス信号
に従って読み出される。この波形メモリ１７に記憶する
波形は、波形メモリ１１と同様に、楽音の発音開始から
終了までの全波形であってもよいが、しかしこれに限ら
ず、任意の複数周期又は１周期又は1/2周期又は1/4周期
から成る波形であってもよい。明らかなように、限られ
た周期数から成る波形を波形メモリ１７に記憶した場合
はアドレス信号ＡＤの所定下位ビットのデータに従って
該特定周期数の波形を繰返し読み出すようにする。波形
メモリ１７の出力は乗算器１９に与えられ、エンベロー
プ信号発生回路１８から与えられるエンベロープ信号Ｐ
３が乗算される。この乗算器１９の出力が楽音信号Ｇと
してトーンジェネレータ１０から出力される。エンベロ
ープ信号発生回路１８はエンベロープ信号発生回路１５
と同様のものであるが、発生すべきエンベロープ信号Ｐ
３の制御要因として入力されるキースケーリング情報Ｋ
Ｓ_３、タッチデータＴＤ_３、操作子情報ＯＰＤ_３が回路
１５に加わる情報ＫＳ_２，ＴＤ_２，ＯＰＤ_２とは異なっ
ている。このため、トーンジェネレータ１０として第３
図の構成を用いる場合、第２図の各回路６〜８は夫々３
系列のタッチデータＴＤ_１〜ＴＤ_３、キースケーリング
情報ＫＳ_１〜ＫＳ_３、操作子情報ＯＰＤ_１〜ＯＰＤ_３を
発生するように構成する。

乗算器１２から出力された波形信号は、第１図ではその
まま楽音信号Ｇとして用いられているが、第３図ではア
ドレス信号ＡＤを変調するための変調信号として用いら
れている。前述のように、この乗算器１２から出力され
る波形信号（楽音信号）は、音色変化パラメータＰ１に
応じた音色変化が付与されたものであり、しかもメモリ
１１に記憶された複数周期分の波形に基づく高品質なも
のである。これにより、第２の波形メモリ１７を読み出
すためのアドレス信号は音色変化パラメータに応じて変
化する高品質の波形信号により複雑に変調されることに
なり、これに基づき波形メモリ１７から読み出される波
形信号は、変調信号である高品質の波形信号（乗算器１
２の出力）により複雑な音色変化が付与されたものとな
る。

なお、第１図の場合は音色変化パラメータ発生回路１３
から発生する音色変化パラメータＰ１は一定値に固定さ
れていない方が望ましい、と前述したが、第３図の場合
はこの音色変化パラメータＰ１は発音期間中適宜の一定
値に固定されていてもさしつかえない。例えばＰ１が固
定されている場合、読み出しの初期位相がＰ１に設定さ
れることにより、波形メモリ１１に記憶されている波形
のアドレスＰ１から最終アドレスまでの部分が読み出さ
れ、初期アドレスからアドレスＰ１の直前までの部分は
読み出されない。従って、加算器１６に与えられる変調
信号の状態が音色変化パラメータＰ１の固定値に応じて
異なるものとなり、これにより変調の結果が異なってく
るので、第２の波形メモリ１７から読み出される波形信
号は音色変化パラメータＰ１に応じた音色変化を示すも
のとなる。勿論、第３図の例においても前述と同様に、
音色変化パラメータＰ１がエンベロープ波形、超低周波
信号、ランダム信号あるいは限られた時間で発生する信
号などの形態で時間的に変化するようになっていてもよ
い。

第３図では加算器１４，１６に加えるアドレス信号ＡＤ
が共通であるが、これは異なっていてもよい。例えば、
加算器１４に加えるアドレス信号ＡＤ１と加算器１６に
加えるアドレス信号ＡＤ２をアドレス信号発生回路３
（第２図）において夫々独立に発生し、音色選択情報Ｔ
Ｃその他の制御要因に応じて両アドレス信号ＡＤ１，Ａ
Ｄ２の変化レートを幾分異ならせる若しくは整数倍の関
係で異ならせるようにすることができる。また、アドレ
ス信号発生回路３から発生したアドレス信号ＡＤをシフ
ト回路によって音色選択情報ＴＣその他の制御要因に応
じて適宜シフトしてその変化レートを整数倍に変換した
アドレス信号を作成し、変換したアドレス信号をＡＤ１
又はＡＤ２の一方として使用し、変換していないアドレ
ス信号ＡＤをＡＤ１又はＡＤ２の他方として使用するよ
うにすることもできる。

なお、上記各実施例において波形メモリはリードオンリ
メモリである必要はなく、ランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）等の読み書き可能なメモリであってもよい。その
場合、特開昭60-93491号や特開昭60-93493号に示されて
いるように、発音期間中において、記憶波形の内容を適
宜書替えるようにしてもよい。

また、波形メモリに記憶する波形は、自然楽器音からサ
ンプリングした波形、あるいは、データ処理及び演算操
作によって人為的に作成された波形のどちらであっても
よい。

また、第３図の実施例における２つの波形メモリ１１，
１７には全く同じ波形を記憶してもよい。その場合はハ
ード的には１つの波形メモリだけを設け、これを時分割
使用することにより第１及び第２の波形メモリとして動
作させるようにしてもよい。また、第２の波形メモリ１
７をＲＡＭとし、波形メモリ１１の読み出し出力を該波
形メモリ１７に適宜書き込むようにしてもよい。あるい
は、一方の波形メモリに記憶する波形を基にして適宜の
演算及びデータ処理を行うことにより合成した波形を他
方の波形メモリに記憶してもよい。

第３図の実施例において、第１の波形メモリ１１（第１
の波形発生手段）と第２の波形メモリ１７（第２の波形
発生手段）との関係を逆にしてもよい。すなわち、加算
器１４の出力により第２の波形メモリ１７を読み出し
て、その出力信号を乗算器１２を介して加算器１６に与
え、加算器１６で変調されたアドレス信号によって第１
の波形メモリ１１を読み出すようにしてもよい。

なお、以上説明した実施例では、第１の波形メモリ（場
合によっては第２の波形メモリも）が楽音の立上り（発
音開始）から立下り（発音終了）までの全波形を記憶し
ているものとして説明したが、これらの波形メモリには
楽音の立上り部分の全波形とその後の一部波形について
のみ記憶させるようにしてもよい。また、波形メモリに
は記憶すべき波形の各サンプル点における波形情報を全
て記憶させるのではなく、飛び飛びのサンプル点の波形
情報だけを記憶させ、中間のサンプル点の波形情報は補
間演算によって算出するようにしてもよい。また、波形
メモリに記憶する複数周期波形は、連続する複数周期ば
かりでなく、飛び飛びの複数周期から成るものであって
もよい。例えば、楽音の立上りから立下りまでを複数フ
レームに分割し、各フレーム毎に代表的な１周期または
２周期分の波形の波形データのみを記憶させ、この波形
データを順次切換えながら繰り返し読み出すようにして
もよく、さらに必要に応じてこの波形切換え時に前の波
形と次の新たな波形とを補間演算して滑らかに変化する
波形データを形成するようにしてもよい。また、特開昭
58-142396号公報に開示されているように、波形メモリ
に複数周期分の楽音波形の波形データだけを記憶させ、
この波形データを繰返し読み出すようにしてもよい。こ
のようにすれば、波形メモリの容量をさらに小さくする
ことができる。

また、波形メモリに記憶する波形データの符号化方式は
前述のＰＣＭ方式に限らず、差分ＰＣＭ方式、デルタ変
調方式（ＤＭ方式）、適応型ＰＣＭ方式（ＡＤＰＣＭ方
式）、適応型デルタ変調方式（ＡＤＭ方式）など、その
他適宜の方式を用いてもよい。その場合、波形発生手段
においては、波形メモリのみならず、その符号化方式に
応じて波形メモリ読み出し出力を復調する（ＰＣＭ化さ
れた信号を得る）ための復調回路をも具備するものとす
る。

一方、実施例において、音色変化パラメータ発生回路は
キースケーリング情報、エンベロープ信号、タッチデー
タ、操作子情報、音色選択情報の全てに応答するものと
したが、このうち一部についてのみ応答するものでもよ
い。なお、波形メモリにおいて各音高毎に別々に波形デ
ータを記憶している場合は、アドレス信号をどの音高で
も共通の変化レートで発生することもある。

さらに、実施例では、楽音の立上りから立下りまでの全
期間に亘ってこの発明を適用して楽音を発生するように
したが、楽音の立上りから立下りまでの全期間のうち一
部期間（例えばアタック部のみあるいはアタック部以降
の接続部のみ）をこの発明を適用して楽音を発生するよ
うにしてもよい。

また、第１の波形メモリと第２の波形メモリの記憶方式
あるいはデータ形式は、同じであっても、また、違って
もよい。

第３図の実施例は変調が２段であるが、更に第３の波形
メモリを含む第３の波形発生手段あるいはそれ以上の波
形発生手段を設けて、３段以上の変調（多重変調）を行
うようにしてもよい。

さらに、この発明は、単音電子楽器に限らず、複音電子
楽器の楽音発生にも使用することができ、さらにまた音
階音に対応した楽音の発生に限らず、リズム音の発生に
も使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明に係る楽音信号発生装置の
一実施例を示すもので、第１図は第２図のトーンジェネ
レータの内部構成を示すブロック図、第２図はこの発明
を適用した電子楽器の全体構成を示すブロック図、第３
図はこの発明の別の実施例を示すもので、第２図のトー
ンジェネレータの別の内部構成例を示すブロック図、で
ある。 ３……アドレス信号発生回路、１０……トーンジェネレ
ータ、１１，１７……波形メモリ、１３……音色変化パ
ラメータ発生回路、１４，１６……アドレス変調用の加
算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数周期分の波形データを記憶した波形メ
   モリと、 発生すべき楽音の音高に対応して変化するアドレス信号
   を発生するアドレス信号発生手段と、 操作子と、 この操作子の操作に応じて値が変動する操作子情報を発
   生するものであり、この値の最大変動範囲は前記波形メ
   モリにおける記憶波形１周期分のアドレス変化範囲より
   も大きいものである操作子情報発生手段と、 前記操作子情報発生手段から発生された前記操作子情報
   と前記アドレス信号とを加算し、前記操作子の操作に応
   じて実時間で変調される変調アドレス信号を出力する加
   算手段と、 前記加算手段から出力される変調アドレス信号に従って
   前記波形メモリから波形データを読み出し、これに基づ
   き波形信号を発生する波形発生手段と を具えた楽音信号発生装置。