JPH0666040B2 - 電子楽器 - Google Patents

電子楽器

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JPH0666040B2
JPH0666040B2 JP3105799A JP10579991A JPH0666040B2 JP H0666040 B2 JPH0666040 B2 JP H0666040B2 JP 3105799 A JP3105799 A JP 3105799A JP 10579991 A JP10579991 A JP 10579991A JP H0666040 B2 JPH0666040 B2 JP H0666040B2
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洋一 長嶋
達憲 近藤
清己 高氏
実音夫 北村
正 松島
英二 永島
雅文 溝口
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Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
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Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、楽音波形の各サンプル
点の波形振幅値をフーリエ合成によって個々に計算して
楽音波形を形成する方式の電子楽器において、音色を設
定するための高調波係数をタッチ、音域等に応じて変化
させるようにした電子楽器に関する。
【0002】
【従来技術】従来、ディジタル方式の電子楽器において
は、楽音波形の各サンプル点の波形振幅値を何らかの方
法で発生し、これを音高周波数に対応した読み出しレー
トで読み出す方式のものが多く提案されてきた。その最
も単純な方法は波形データそのものを記憶して読み出す
いわゆる「波形メモリ方式」であり、アナログ入力をA
/D変換して波形データとする方式もこれに準ずる。し
かし楽音波形を音域に応じて変化させるためには膨大な
メモリ容量を必要とするため、現実的には十分な効果が
得られなかった。また各種の連続関数を用いてパラメー
タを計算したり、周波数変調方式による実時間波形合成
において楽音波形の音域変化を計算する方法も考えられ
たが、波形発生のためのパラメータと発生される楽音の
音色との対応が人間の感覚にとって極めて不自然であ
り、所望の音色を得ることが困難であった。
【0003】一方、フーリエ合成による楽音波形発生方
式は、高調波係数のパラメータが聴覚的な音色評価に自
然に対応しているため、波形合成演算量が多いという短
所を補うための種々の改良とともに広く採用されてき
た。フーリエ合成による楽音波形発生方式において楽音
の音色を決定するのは高調波係数の構成比であり、楽音
波形を音域によって変化させる方法については、複数の
メモリを用いて多くの高調波係数を選択する方法が考え
られたが、回路規模が膨大になる割に十分な音色変化が
得られない欠点があった。また特公昭53−46445
号に記載されたような、設定された高調波係数と「フォ
ルマントフィルタ」を乗算する方式、および特開昭57
−172396号に記載されたような、音域変化関数を
高調波係数毎に乗算する方式においては、いずれも乗算
回路が必要であり、その回路規模・演算時間によって全
体のシステムが制約を受けて、ディジタル方式の楽音波
形の音域的変化としては十分でない欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
点に鑑みてなれたもので、高調波係数の音域的変化を乗
算器を用いずに発生させることで回路構成を簡略化し、
また動作時間を短縮化するものである。そのために本発
明においては、フーリエ合成に用いられる1組の高調波
係数データを複数組記憶するメモリ回路から高調波係数
データを読み出すための読み出しアドレスに着目し、楽
音波形の音域的変化やタッチレスポンスに応じた音色変
化を上記読み出しアドレスに対して制御することによっ
て、最終的にフーリエ係数となる高調波係数の構成比を
変化させることを特徴とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、指定された音色に応じて、高調波係数の
構成比を設定し、この構成比に応じた高調波係数データ
を読み出して、フーリエ合成を行うようにしたものであ
る。
【0006】
【作用】これにより、音色ごとに異なる高調波係数デー
タを合成して、種々の音色に応じた楽音波形を実現でき
る。
【0007】
【実施例】図1は、本発明による電子楽器の構成を説明
するための構成概念図である。押鍵検出・発音割当回路
3においては、鍵盤1および音色設定タブレット2によ
って入力された音色情報・演奏情報に応じた制御信号を
各部分に供給する。高調波係数回路4においては、押鍵
検出・発音割当回路3からの音色情報に応じて楽音波形
合成演算のためのフーリエ高調波係数を設定する。波形
発生回路5においては、高調波係数回路4からのフーリ
エ高調波係数によって楽音波形を順次演算・合成して波
形記憶回路6に供給する。一方音高周波数回路7におい
ては、押鍵検出・発音割当回路3からの演奏情報によっ
て楽音周波数に対応した読み出し信号を発生し、波形記
憶回路6から楽音周波数に対応した楽音波形を読み出
す。
【0008】また、エンベロープ回路9においては、押
鍵検出・発音割当回路3からの演奏情報によって個々の
楽音の立上り・立下りやエンベロープ特性等の振幅変調
データを設定する。以上の動作はディジタル的に時分割
動作させることで、回路規模を節約することが可能であ
る。D/A変換回路8においては、波形記憶回路6から
音高周波数回路7によって読み出された楽音周波数に対
応した楽音波形をディジタル−アナログ変換し、エンベ
ロープ回路9からの振幅変調データを乗算し、アナログ
信号出力を得る。D/A変換回路8からのアナログ信号
出力は効果回路、アンプ、スピーカを含むサウンドシス
テム10によって音響に変換され、電子楽器の演奏奏者
として発音される。
【0009】図2は、図1に示す高調波係数回路4に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分を説明するための具体的構成例である。メモリ回路
11はフーリエ合成に用いられる1組の高調波係数デー
タを複数組記憶するとともに、この複数組の高調波係数
データを多数記憶する記憶する。ここで、1組の高調波
係数データとは図3aまたは図3cに示されるものであ
り、これが複数記憶されるとは図3bに示される状態を
指す。音域的変化データ設定回路13は楽音波形の音域
的変化に対応して高調波係数の構成比を音域的に変化さ
せるためのデータを設定する。アドレス発生回路12は
メモリ回路11からの高調波係数データを読み出すため
の読み出しアドレスを上記音域的変化データに応じて変
化させながら発生させる。タイミング回路14は波形発
生回路5とアドレス発生回路12との時分割動作を同期
させる。
【0010】図2において、波形発生回路5で楽音波形
が演算・合成されるまでの動作を説明すると、一般に波
形発生回路5においては、
【0011】
【数1】
【0012】によって楽音波形の振幅値が順次演算され
る。ここにnは高調波の次数、Nは高調波の最高次数、
sはサンプル点、Sは1周期のサンプル数、Cnは高調
波係数回路4で設定される高調波係数である。楽音波形
が音域に無関係に一定である音色を合成する場合には
(1)式で十分であっても、音域によって変化する楽音
波形を合成する場合には、このサンプリング定数sとは
別に音高周波数または音域に対応したパラメータfを用
いて、
【0013】
【数2】
【0014】に従って演算を行う必要がある。ここで前
述のようにフォルマント関数等K(f)を用いた方法の
場合、音域に対応した高調波係数Cn(f)が、
【0015】
【数3】 Cn(f)=Cn・K(f) …(3)式
【0016】として計算されるため、楽音波形演算全体
としては、
【0017】
【数4】
【0018】となって、電子楽器の回路動作に大きな比
重を占める乗算操作がサンプル点ごとに2度ずつ必要に
なるため、回路規模と動作速度の限界によって倍音数を
少なく限定したり、1周期に対するサンプル点の精度を
限定しなければならなかった。
【0019】図2に示す、本発明に係る楽音波形の音域
的変化処理操作部分を説明するための具体的構成例にお
いては、上記のような乗算操作を必要とせず、フーリエ
合成に用いられる1組の高調波係数データを複数組記憶
するメモリ回路11、楽音波形の音域的変化に対応して
高調波係数の構成比を音域的に変化させるためのデータ
を設定する音域的変化データ設定回路13、メモリ回路
11から高調波係数データを読み出すための読み出しア
ドレスを上記音域変化データに応じて変化させながら発
生させるアドレス発生回路12によって音域的波形変化
を実現する。すなわち、音域に対応した高調波係数Cn
(f)を上記メモリ回路から読み出すためのアドレス:
Adを用いて、
【0020】
【数5】 Cn(f)=Cn(Ad(f)) …(5)式
【0021】という表現で高調波係数Cn(f)を求め
るが、これはメモリ回路11のアドレス操作にすぎない
ため、複雑な演算回路を必要とせずに容易に実現でき
る。この動作を図3に示すグラフを用いて説明すると、
従来の方式のフーリエ合成では、たとえば図3aのよう
な高調波係数を高調波係数メモリの形で波形合成演算の
ために用意して、(1)式に従って波形発生を行った
が、本発明におけるメモリ回路11の段階はこれと異な
る。図2のメモリ回路11には、たとえば図3bのよう
な高調波データが記憶させているが、これは図3aのよ
うな「第n倍音」というフーリエ係数の形式ではなく、
ある構成を持った一群の高調波データにすぎない。
【0022】そして、図2のアドレス発生回路2によっ
て図3bのような高調波データを、たとえばF1という
アドレス地点からd1というアドレス間隔でとびとびに
読み出すと、この場合には図3aのような高調波係数デ
ータが得られ、またF2というアドレス地点からd1と
いうアドレス間隔でとびとびに読み出すと、この場合に
は図3cのような高調波係数データが得られる。ここで
図3aおよび図3cの高調波係数構成を比較してみる
と、全体の傾向は図3bの高調波データの輪郭に近いな
がら、音色に影響のある幾つかの特徴的な低音のレベル
に大きな変化のあるのがわかる。このように図2のアド
レス発生回路12からの読み出しアドレスを少し制御す
るだけで楽音波形をコントロールでき、かつ楽音の全体
の傾向は失わないという特性は、電子楽器の楽音波形発
生方式としては理想的なものである。
【0023】図2の音域的変化データ設定回路13にお
いては、楽音の音域に対応した音色変化として、たとえ
ばピアノの高音部と低音部の音色差異・各音域(ソプラ
ノ、アルト、テナー、バス等)のサキソフォーンの音色
の差異・グロッケンの音色の高音部に特徴的な金属音、
等に対応した音域的変化データが設定される。この音域
的変化データ設定回路13としては、鍵盤1および音色
設定タブレット2によって入力された音色情報・演奏情
報に応じて押鍵検出・発音割当回路3から供給される制
御信号によって対応する音域的変化データを読み出しメ
モリ回路によって構成したり、必要な音域的変化データ
を実時間で演算設定する簡単な演算回路を用いることが
できる。
【0024】この音域的変化データは各鍵盤がONされ
た時点で音高周波数がはじめて確定し、OFFされるま
で一定であるので波形発生回路5が複数の発音チャンネ
ルの波形合成演算を時分割によって行う場合、個々の発
音チャンネルの演算ごとに夫々対応した音域的変化デー
タ設定が必要である。このため、図2のタイミング回路
14は波形発生回路5のフーリエ演算の高調波次数情報
をアドレス発生回路12に供給するとともに、全体の回
路の時分割動作のタイミングをコントロールする。図2
のアドレス発生回路12によってメモリ回路11から読
み出される高調波係数データを(2)式に従って求める
と、波形発生回路5において、あるサンプル点sにおけ
る演算は倍音nごとの乗算・累算であり、
【0025】
【数6】 G(n,s,f)=Cn(f)・sin(2πns/
S) …(6)式
【0026】という倍音nごとの乗算結果G(n,s,
f)を、
【0027】
【数7】
【0028】とN次まで累算していることがわかる。こ
の乗算タイムスロットごとにアドレス発生回路12はタ
イミング回路14から高調波次数情報nを受け取り、さ
らに音域的変化データ設定回路13から音域的変化デー
タを受け取る。ここでたとえば図3bのような高調波デ
ータに対して、音域fにおける第n次高調波係数を読み
出すアドレスを、
【0029】
【数8】 Ad(f,n)=Pl+(n−1)・d+W(f) …
(8)式
【0030】と設定することができる。(8)式におい
て、Plは基音(倍音)の高調波係数を読み出すアドレ
ス、dは前述のように「とびとびに」読み出すスキップ
値、W(f)は音域的変化データである。(8)式の計
算は形式的には面倒のように見えるが、実際にはスキッ
プ値dをメモリの一定の上位アドレスとすれば単なるア
ドレス操作になりまた音域的変化データW(f)は音域
変化パラメータfのみの関数であって鍵盤のON/OF
F毎にしか変化しないため、実現は容易である。このよ
うなアドレスに対して、メモリ回路11は(5)式にお
ける高調波係数Cn(f)を発生する一種の変換テーブ
ル:Mとして機能し、
【0031】
【数9】 Cn(f)=M(Ad(f,n)) =M(P1+(n−1)・d+w(f)) …(9)式
【0032】なる高調波係数データを波形発生回路5に
供給する。これによって波形発生回路5においては、各
乗算タイムスロット:nごとに、
【0033】
【数10】 G(n,s,f)=(M(P1+(n−1)・d+w
(f)) ×sin(2πns/S) …(10)式
【0034】なる演算を行うことになる。ここで3つの
時分割演算パラメータn,s,fを同期させるために、
タイミング回路14は必要なデータをラッチし、また各
部分に必要なラッチパルスを供給するとともに、アドレ
ス発生回路12のアドレス生成に関与する。
【0035】図4は、図1に示す高調波係数回路4に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分の別の実施例を説明するための具体的構成例であ
る。図4において、メモリ回路21はフーリエ合成に用
いられる1組の高調波係数データを複数組記憶する。音
域的変化データ設定回路23は楽音波形の音域的変化に
対応して高調波係数の構成比を音域的に変化させるため
のデータを発生する。アドレス発生回路22はメモリ回
路21から高調波係数データを読み出すための読み出し
アドレスを上記音域的変化データに応じて変化させなが
ら発生させる。補間回路25はアドレス発生回路22か
らの読み出しアドレスによってメモリ回路21から読み
出された高調波係数データを補間する。タイミング回路
24は波形発生回路5およびアドレス発生回路22およ
び補間回路25の時分割動作を同期させる。
【0036】図4に示す、本発明に係る楽音波形の音域
的変化処理操作部分の別の実施例を説明するための具体
的構成例の動作を図5に示すグラフを用いて説明する
と、メモリ回路21においてはたとえば図5aのような
高調波係数データが代表値として格納されるが、このデ
ータ自身は楽音波形の高調波係数構成と直接対応するも
のではなく、合成される楽音波形の任意性に応じて任意
に構成できる。ここでアドレス発生回路22の設定する
読み出しアドレスが、(8)式に従って図5bのF3を
スタート点に、d2をスキップ値として設定されると、
補間回路25においてはメモリ回路21の高調波係数デ
ータP1,P2,…によって対応する補間値が計算され
る。この補間値を楽音波形の倍音構成として表わしたの
が図5cのグラフであり、アドレス発生回路22の設定
する読み出しアドレスによって効果的に高調波係数構成
が設定されるのがわかる。この具体的構成例では図2よ
りも構成が複雑に見えるが、メモリ回路21に要求され
るメモリ容量は非常に少なくなるため、実際にはむしろ
有効で、補間回路25の補間式をシフト回路による非線
型補間等にすれば、回路規模も少なくてすむ。
【0037】ここで、音域的変化データ設定回路23及
びアドレス発生回路22は、図2の音域的変化データ設
定回路13及びアドレス発生回路12とまったく同じも
のである。アドレス発生回路22の設定する読み出しア
ドレスのうち、上位アドレスは上記メモリ回路21に与
えられて、上記高調波係数データがP1,P2,…が読
み出される。アドレス発生回路22の設定する読み出し
アドレスのうち、下位アドレスは上記補間回路25に与
えられる。補間回路25は、上記メモリ回路21から読
み出された高調波係数データにつき、上記アドレス発生
回路22からの下位アドレスに対応した高調波係数デー
タを計算して補間変換し、この補間変換された高調波係
数データのみを出力する。この補間変換は、例えば特開
昭51−8924号または特開昭53−50722号に
示されるものがある。この補間変換により、上記スター
ト点F3またはスキップ値d2を変えるだけで、図5a
のような1組の高調波係数データから種々の高調波係数
データを生成することができる。
【0038】図6は、図1に示す高調波係数回路4に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分の更に別の実施例を説明するための具体的構成例で
ある。図6において、メモリ回路31はフーリエ合成に
用いられる1組の高調波係数データを複数組記憶する。
音域的変化データ設定回路36は楽音波形の音域的変化
に対応して高調波係数の構成比を音域的に変化させるた
めのデータを押鍵検出・発音割当回路3からのタッチレ
スポンス情報に応じて発生する。アドレス発生回路32
はメモリ回路31から高調波係数データを読み出すため
の読み出しアドレスを上記音域的変化データに応じて変
化させながら発生させる。タイミング回路34は波形発
生回路5およびアドレス発生回路32の時分割動作を同
期させる。
【0039】図7は図6に示す音域的変化データ設定回
路36における動作を説明するための具体的構成例であ
る。すなわち図7において、音域的変化データ回路41
は楽音波形の音域的変化に対応して高調波係数の構成比
を音域的に変化させるためのデータを設定する。デプス
設定回路42は音域的変化データ回路41によって発生
される音域的変化データの効果量を設定する。バイアス
設定回路43は演奏におけるタッチレスポンス情報に応
じてバイアス値を設定する。タッチレスポンスコントロ
ール回路44は押鍵検出・発音割当回路3からのタッチ
レスポンス情報に応じてデプス設定回路42およびバイ
アス設定回路43を制御する。
【0040】図6および図7に示す、本発明に係る楽音
波形の音域的変化処理操作部分の別の実施例を説明する
ための具体的構成例の動作を図8に示すグラフを用いて
説明すると、一般に減衰音系の自然楽器、たとえばピア
ノ、ギター、ヴィブラホン、太鼓等の楽音は図8aのよ
うな「エンベロープ」特性、すなわち音量の時間変化曲
線を持っている。しかし電子楽器においてこのような楽
音信号を発生する場合、波形発生回路の波形信号出力を
図8aのような音量カーブで振幅変調しただけでは自然
な音色は得られない。これは、特に打撃動作を持つ減衰
音系の自然楽器の場合、図8bのC曲線に相当する楽器
固有の持続音色に加えて、図8bのA曲線ないしB曲線
のような、打撃時の特別な立上り音色が楽器の個性とし
て重要な因子として作用するからである。そこでタッチ
レスポンスコントロール回路44においては、各発音チ
ャンネル毎に発音開始後一定期間、音域的変化データ回
路41によって発音される音域的変化データの効果量を
設定するデプス設定回路42にタッチレスポンス情報を
供給して打撃時の特別な立上り音色変化の変化量を制御
し、またバイアス設定回路が設定する楽器固有の持続音
色部分のレベルもコントロールする。更に図8cのよう
にバイアス値Biに加える音域的変化データのレベルを
2進シフトさせて簡単な指数特性を持たすことで、より
効果的なタッチレスポンス特性を実現できる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、指定さ
れた音色に応じて、高調波係数の構成比を設定し、この
構成比に応じた高調波係数データを読み出して、フーリ
エ合成を行うようにした。これにより、音色ごとに異な
る高調波係数データを合成して、種々の音色に応じた楽
音波形を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子楽器全体の構成概念図。
【図2】図1に示す高調波係数回路4に設けられる楽音
波形の音域的変化処理操作部分を説明するための具体的
構成例を示す図である。
【図3】図2に示す具体的構成例の動作を説明するため
の図である。
【図4】図1に示す高調波係数回路4に設けられる本発
明に係る楽音波形の音域的変化処理操作部分の別の実施
例を説明するための具体的構成例を示す図である。
【図5】図4に示す具体的構成例の動作を説明するため
の図である。
【図6】図1に示す高調波係数回路4に設けられる楽音
波形の音域的変化処理操作部分の更に別の実施例を説明
するための具体的構成例を示す図である。
【図7】図6に示す音域的変化データ設定回路36にお
ける動作を説明するための具体的構成例を示す図であ
る。
【図8】図6および図7に示す具体的構成例の動作を説
明するための図である。
【符号の説明】
1…鍵盤、2…音色設定タブレット、3…押鍵検出・発
音割当回路、4…高調波係数回路、5…波形発生回路、
6…波形記憶回路、7…音高周波数回路、8…D/A変
換回路、9…エンベロープ回路、10…サウンドシステ
ム、11…メモリ回路、12…アドレス発生回路、13
…音域的変化データ設定回路、14…タイミング回路、
21…メモリ回路、22…アドレス発生回路、23…音
域的変化データ設定回路、24…タイミング回路、25
…補間回路、31…メモリ回路、32…アドレス発生回
路、34…タイミング回路、36…音域的変化データ設
定回路、41…音域的変化データ回路、42…デプス設
定回路、43…バイアス設定回路、44…タッチレスポ
ンスコントロール回路。特許出願人 株式会社河合楽器
製作所 代理人 弁理士 若原誠一
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 実音夫 静岡県浜松市寺島町200番地 株式会社河 合楽器製作所内 (72)発明者 松島 正 静岡県浜松市寺島町200番地 株式会社河 合楽器製作所内 (72)発明者 永島 英二 静岡県浜松市寺島町200番地 株式会社河 合楽器製作所内 (72)発明者 溝口 雅文 静岡県浜松市寺島町200番地 株式会社河 合楽器製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】楽音波形の各サンプル点の波形振幅値をフ
    ーリエ合成によって個々に計算して楽音波形を形成する
    方式の電子楽器において、 フーリエ合成に用いられる高調波係数データを複数記憶
    する記憶手段と、 発生する楽音の音色を指定する音色指定手段と、 この音色指定手段において指定された音色に応じて、上
    記記憶手段の複数の高調波係数データの中からいずれを
    選び出すかを示す、高調波係数の構成を設定する設定手
    段と、 この設定手段の設定に応じて、上記記憶手段の複数の高
    調波係数データの中から、上記構成に応じた高調波係数
    データを選んで読み出すための読み出しアドレスを発生
    させるアドレス発生手段と、このアドレス発生手段からの読み出しアドレスに更にバ
    イアス値を設定して加えるバイアス設定手段と、 上記アドレス発生手段からの読み出しアドレスの効果デ
    プス値を設定するデプス設定手段とを備え、 上記高調波係数の構成を、上記バイアス設定手段のバイ
    アス値および上記デプス設定手段の効果デプス量に応じ
    て変化させる ことを特徴とする電子楽器。
  2. 【請求項2】上記デプス設定手段は、発生する楽音の音
    高周波数の効果影響量を設定することを特徴とする請求
    項1記載の電子楽器。
  3. 【請求項3】演奏におけるタッチレスポンス情報に応じ
    て上記バイアス設定手段のバイアス値および上記デプス
    設定手段の効果デプス値を制御することを特徴とする請
    求項1記載の電子楽器。
  4. 【請求項4】上記アドレス発生手段は、上記読み出しア
    ドレスのうち上位アドレスを上記記憶手段に与えて、上
    記高調波係数データを読み出し、この読み出された高調
    波係数データにつき、上記読み出しアドレスの下位アド
    レスに対応した高調波係数データを計算して補間変換
    し、この補間変換された高調波係数データのみを出力す
    る補間手段をさらに有していることを特徴とする請求項
    1記載の電子楽器。
  5. 【請求項5】上記設定手段は、上記音色指定手段とは異
    なる音域設定手段またはタッチレスポンス設定手段から
    の情報に基づいても高調波係数の構成を設定することを
    特徴とする請求項1記載の電子楽器。
JP3105799A 1991-05-10 1991-05-10 電子楽器 Expired - Lifetime JPH0666040B2 (ja)

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JP3105799A JPH0666040B2 (ja) 1991-05-10 1991-05-10 電子楽器

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