JPH0650433B2 - 電子楽器における楽音発生装置 - Google Patents

電子楽器における楽音発生装置

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JPH0650433B2
JPH0650433B2 JP60202211A JP20221185A JPH0650433B2 JP H0650433 B2 JPH0650433 B2 JP H0650433B2 JP 60202211 A JP60202211 A JP 60202211A JP 20221185 A JP20221185 A JP 20221185A JP H0650433 B2 JPH0650433 B2 JP H0650433B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電子楽器に関し、特にデジタルフィルタによ
り原波形信号を発生し、時変デジタルフィルタにより波
形信号形成を行う楽音発生方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
従来デジタル回路によって楽音を発生させる電子楽器の
開発が盛んに行われている。その実現方法を大別する
と、(イ)減算方式,(ロ)加算合成方式,(ハ)変調合成方
式,(ニ)波形読み出し合成方式,等がある。
前記(イ)の減算方式は矩形波や鋸歯状波など高調波を豊
富に含んだ原波形信号を、デジタルフィルタを用いて所
望の波形信号を得る方式である。しかしこの方式はデジ
タルフィルタの回路規模が大きくなる問題を有する。
前記(ロ)の加算合成方式は基本波及び高調波の正弦波を
デジタル回路で発生し、そのデジタル波形信号を合成し
て所望の波形信号を得る方式である。しかしこの方式は
所望の部分音構成の波形信号を得る場合には必要とする
部分音の種類数の計算チャンネルを必要とする。さら
に、各部分音の振幅の時間変化を得るためには、各部分
音ごとに振幅を制御する回路が必要となり回路規模が大
きくなる問題を有する。
前記(ハ)の変調合成方式はFM変調合成方式に代表され
るものであり、搬送波と変調波の2個の正弦波を用いて
周波数比,変調深さを変えることにより各部分音を変化
させる方式である。この方式は各部分音をある程度制御
することは可能であるが各部分音がベッセル関数的に変
化するため、スペクトル包絡がなめらかに変化する波形
信号を得ることが困難である。
前記(ニ)の波形読み出し合成方式は、あらかじめメモリ
等に記憶されている波形データを順次、位相角に対応し
て読み出して波形信号を発生する方式である。前記の波
形メモリに記憶されている波形データは楽音として発生
する楽音波形のデータであるため、その波形信号のスペ
クトルは固定となっていた。そのためスペクトルを変化
させるにはスペクトルの変化に対応した波形データをメ
モリに記憶しておかなければならず、さらに、それを順
次スペクトルの変化に対応して読み出すための制御回路
を必要とする。そのため、メモリの容量は増大し制御回
路も複雑となる問題を有している。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記の問題を解決し、比較的小規模な回路で角
部分音を制御し、さらに容易にスペクトルを変化させる
ことの出来る電子楽器の楽音発生方法を提供することを
目的とする。
すなわち、原波形信号を発生するデジタルフィルタと、
このデジタルフィルタの出力の原波形信号から所要の波
形信号を整形する時変デジタルフィルタと、デジタルフ
ィルタにおける演算に使用する係数を複数組予め記憶し
ておく第1の係数記憶部と、時変デジタルフィルタにお
ける演算に使用する係数を複数組予め記憶しておく第2
の係数記憶部と、係数を第1及び第2の係数記憶部から
それぞれ前記デジタルフィルタ及び時変デジタルフィル
タに供給することを制御する係数制御部と、各周波数成
分の振幅構成を選択し係数制御部を制御する音色選択装
置と、発生すべき波形信号の周波数を鍵板により選択し
て係数制御部を制御する周波数制御部と、時変デジタル
フィルタデジタル出力を楽音のアナログ出力に変換する
D/A変換器とよりなる。
なお、前記デジタルフィルタはオール・ポール型のフィ
ルタであり、その極を2N点単位円上に配置することに
より、N個の周波数成分をもつ原波形信号を発生する。
また前記時変デジタルフィルタは周期的な時変デジタル
フィルタであり、係数を周期Pで動作することにより、
角周波数ωの入力信号に対し ω+r2π/P ただしr=0,1,2……P−1 で示されるP個の高調波成分を発生する。
さらに前記音色選択装置は発生する波形信号の基本周波
数成分及び各高調波成分の振幅の時間変化を選択する。
〔作 用〕
上述のように簡単な回路構成で任意の波形信号を発生さ
せ、かつスペクトルを容易に変化させることが出来る。
〔実施例〕
具体的実施例を説明する前に、この発明で利用するデジ
タルフィルタ並びに時変デジタルフィルタを用いた波形
発生方法について原理的に説明する。
まず原波形信号発生について説明する。第4図は従来か
ら知られている2次巡回型フィルタの一構成例である。
第4図において1,2が単位遅延量Dの単位遅延素子
で、3,4が夫々の係数b1,b2の重み付けを行う乗算
器、5が加算器である。このデジタルフイルタのシステ
ム関数H(Z)は と表される。Zは単位遅延演算子である。このデジタル
フィルタの周波数特性はZ=ejwとおくことにより となる。一方このデジタルフィルタの極をRe,Re
-jθとおくと、それぞれの係数b1,b2は b1= 2R cosθ b2=−R2 − ……(3) と書き表すことができる。この極が単位円上R=1に存
在すれば、このフィルタは角周波数θで発振する。この
時、夫々の係数b1,b2は b1=2cosθ b2=−1 …………(4) 任意の角周波数θの原波形信号を得るためには、係数b1
の値を(4)式に従って変化させればよいことになる。
また、2N次の巡回型フィルタを用いることにより2N
点の極を単位円上に配置すれば、N個の角周波数を持つ
波形信号を得ることができる。
次に、波形信号成形に用いる時変デジタルフィルタにつ
いて説明する。
時変デジタルフィルタの出力y(n)は次のように書き表わ
すことができる。x(n)は時変デジタルフィルタの入力で
ある。
ここでh(n,l) はn−l時間前にフィルタに入力された
単位インパルスの時間nにおけるフィルタの応答,イン
パルス応答である。周期的な時変デジタルフィルタでは
インパルス応答h(n,m) が周期的に変化する。この周期
をPとするインパルス応答には次の関係が成り立つ。
h(n+lp,m)=h(n,m) l:すべての整数……(6) h(n,m) は時間nに関して離散フーリエ級数展開 (DFS)
することが可能で、この結果次式に示すDFS 変換対を得
る。
但し、ω=2π/P この時出力y(n)は(5)式に(8)を代入することにより さらに入力x(n)が角周波数ωの周期関数 であるとすると、出力y(n)は となる。
式(10)は角周波数ωの入力に対し、時変デジタルフィ
ルタの出力としてω+rω(r=0,1,2,……P-1)の
P個の高調波成分が得られることを示している。この周
期的な時変デジタルフィルタの一構成例を次に示す。
第5図は従来から知られているN次非巡回型フィルタの
一構成例である。6,7,8,9が単位遅延量Dの単位
遅延素子で、10,11,12,13,14が夫々係数a0,a1
a2,a3,aN-1の重み付けを行う乗算器、15が加算器であ
る。時変デジタルフィルタの場合、この10,11,12,1
3,14の係数は時間nの関数となり夫々a0(n)a1(n),a
2(n),a3(n),aN-1(n)と書き表すことができる。入力デ
ータを時間nの関数x(n)とすると、時変デジタルフィ
ルタの出力y(n)は次式となる。
ここで係数a0(n)〜aN-1(n)が時間nに関して周期的に変
化する場合を考える。この係数変化の周期がPであると
すると係数am(n)は am(n+lP)=am(n) …………(12) m=0,1,2 …,N-1 l:すべての整数 と書き表すことができる。この場合、夫々の係数am(n)
は時間nに関してDFS することが可能で、この結果次式
に示すDFS 変換対を得る。
この時、出力y(n)は(11)式に(14)式を代入することによ
となる。さらに入力x(n)が角周波数ωの周期関数 であるとすると出力y(n)は(16)式より となる。(17)式は角周波数ωの入力に対し、時変デジ
タルフィルタの出力としてω+rω(r=0,1,2,……
P-1)のP個の高調波成分を得られることを示している。
また各部分音ω+rωの振幅は により一意に決定することができる。このことにより、
所望の波形信号成形を行うためには、所望の部分音数に
より係数の周期Pを設計し、各部分音の振幅をもつ係数
を(18)式により設計し、この を逆DFS 式(14)に代入することにより係数組am(n)を得
て、これを時変デジタルフィルタに供給すればよいこと
がわかる。
つぎに具体的な実施例について説明する。
第1図は、この発明の方法を実施する回路構成図であ
る。この実施例では鍵板17の情報に対応して発生すべき
周波数のパラメータが周波数制御部18により係数制御部
19に供給される。係数制御部19では、このパラメータを
用いて、発生すべき信号の周波数に応じた係数を順次第
1の係数記憶部20より原波形信号発生のためのデジタル
フィルタ21に供給する。デジタルフィルタ21では、指定
された係数により発振し、その出力を時変デジタルフィ
ルタ22に供給する。一方、音色選択装置23は発生する波
形信号の基本周波数成分及び各高調波成分の振幅の時間
変化を選択するもので、これにより選択された部分音の
振幅に対応するパラメータは、係数制御部19に供給され
る。係数制御部19はこのパラメータに応じた時変デジタ
ルフィルタの係数を第2の係数記憶部24より時変デジタ
ルフィルタ22に順次供給する。時変デジタルフィルタ22
は、前記のデジタルフィルタ21の出力を第2の係数記憶
部24より供給される係数により処理し、原波形信号を所
望の部分音を持った波形信号に成形し、これをD/A 変換
器25に供給し、アナログの楽音信号に変換する。
第2図は原波形信号発生用のデジタルフィルタ21の回路
構成図である。この実施例は2次の巡回型デジタルフィ
ルタを構成しており、その極を、2点単位円上に配置す
ることにより1個の周波数成分を持つ原波形信号を発生
する。
遅延素子を構成するレジスタ26,27より読み出される1
回の遅延データW1及び2回の遅延データW2と、第1の係
数記憶部20より供給される係数b1とを用いて次の演算が
乗算器28及び演算処理回路(ALU)29 により行われる。
y=b1W1−W2 この出力yは一時合成器(MPX)30 に貯えられ、レジスタ
26,27とMPX 30の間でデータの更新 W2 →W1 W1← y が行われる。ここでこれらの演算は制御部38でマイクロ
プログラムにより制御される。なお、この原波形信号を
発生するデジタルフィルタ21は前記周波数制御部により
決定される発生すべき周波数に応じて、その周波数を発
生する極を決定する係数を、係数制御部により第1の係
数記憶部からデジタルフィルタに供給し、前記周波数の
波形信号を発生する。この後、デジタルフィルタの出力
yは時変デジタルフィルタ22に供給される。
第3図は、波形信号成形用時変デジタタルフィルタ22の
回路構成図である。この実施例は2次の非巡回型フィル
タを構成しており、係数を周期Pで動作することによ
り、角周波数ωの入力信号に対し、 なるP個の高調波成分を作り出すことができる。前記の
デジタルフィルタ21の出力yが、この時変デジタルフィ
ルタ22の入力xとなり、この入力xはレジスタ31に一時
貯えられ(W0)、遅延素子を構成するレジスタ32,33より
読み出される1回の遅延データW1及び2回の遅延データ
W2と第2の係数記憶部24より供給される係数a0(n),a
1(n),a2(n)とを用いて次の演算が乗算器34、ALU 35に
より行われる。
y(n)=a0(m)W0+a1(m)W1+a2(m)W2 その結果出力y(n)が得られ、出力y(n)はMPX37 を介して
出力される。その後、レジスタ31,32,33の間でデータ
の更新 W1←W0,W2←W1 が行われる。ここで、これらの演算は制御部36でマイク
ロプログラムにより制御される。なお、時変デジタルフ
ィルタは前記音色選択装置により選択される波形に応じ
て、原波形信号を成形することにより波形信号を作り出
すための係数を係数制御部により第2の係数記憶部から
時変デジタルフィルタに供給し、波形信号形成を行う。
前記デジタルフィルタ21及び時変デジタルフィルタ22に
用いられる乗算器28,34及びALU 29,35はそれぞれ一つ
の乗算器及びALU を時分割多重化して使用することによ
り回路規模を縮小することができる。
〔発明の効果〕
上述の通り、この発明によれば、任意の数の部分音を持
つ波形信号を発生させることができ、夫々を自由に制御
することも可能であり、スペクトルを変化させることも
容易である。また、時分割多重化処理を行うことによ
り、比較的小規模で低コストな構成で高品質かつ多様な
音色変化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は本発
明のデジタルフィルタの一実施例を示す図、第3図は本
発明の時変デジタルフィルタの一実施例を示す図、第4
図は従来の2次巡回型フィルタの構成例を示す図、第5
図は従来のN次巡回型フィルタの構成例を示す図であ
る。 17……鍵板、18……周波数制御部、19……係数制御部、
20……第1の係数記憶部、21……デジタルフィルタ、22
……時変デジタルフィルタ、23……音色選択装置、24…
…第2の係数記憶部、25……D/A 変換器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子楽器において、原波形信号を発生する
    デジタルフィルタと、このデジタルフィルタの出力の前
    記原波形信号から所要の波形信号を整形する時変デジタ
    ルフィルタと、前記デジタルフィルタにおける演算に使
    用する係数を複数組予め記憶しておく第1の係数記憶部
    と、前記時変デジタルフィルタにおける演算に使用する
    係数を複数組予め記憶しておく第2の係数記憶部と、前
    記係数を第1及び第2の係数記憶部からそれぞれ前記デ
    ジタルフィルタ及び時変デジタルフィルタに供給するこ
    とを制御する係数制御部と、各周波数成分の振幅構成を
    選択し前記係数制御部を制御する音色選択装置と、発生
    すべき波形信号の周波数を鍵板により選択して前記係数
    制御部を制御する周波数制御部と、前記時変デジタルフ
    ィルタのデジタル出力を楽音のアナログ出力に変換する
    D/A変換器とよりなることを特徴とする電子楽器にお
    ける楽音発生装置。
  2. 【請求項2】前記デジタルフィルタはオール・ポール型
    のフィルタであり、その極を2N点単位円上に配置する
    ことにより、N個の周波数成分をもつ原波形信号を発生
    する特許請求の範囲第1項記載の電子楽器における楽音
    発生装置。
  3. 【請求項3】前記時変デジタルフィルタは周期的な時変
    デジタルフィルタであり、係数を周期Pで動作すること
    により、角周波数ωの入力信号に対し ω+r2π/P ただしr=0,1,2,・・・p−1 で示されるP個の高調波成分を発生する特許請求の範囲
    第1項記載の電子楽器における楽音発生装置。
  4. 【請求項4】前記音色選択装置は発生する波形信号の基
    本周波数成分及び各高調波成分の振幅の時間変化を選択
    する特許請求の範囲第1項記載の電子楽器における楽音
    発生装置。
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JPS6052895A (ja) * 1983-09-02 1985-03-26 ヤマハ株式会社 楽音信号発生装置

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