JPH07191699A

JPH07191699A - フォルマント方式音源

Info

Publication number: JPH07191699A
Application number: JP5347100A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ota; 慎一大田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JP3235315B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フォルマントのスペクトル分布のスカート特
性を、そのバンド幅を変化させることなく制御できるフ
ォルマント方式音源を提供すること。【構成】縦軸の位相は窓関数波形の少なくとも一部が
記憶されている波形メモリのアドレスに対応し、ｔ_win
は窓関数の時間幅であり、ｔ_skは窓関数の前半周期時間
である。従って、窓関数の後半周期時間は（ｔ_win −ｔ
_sk）となる。窓関数の前半周期の時間はｔ_skに応じて変
化するため、ｔ_skを短くするように設定すると前半周期
部分は（ｂ）に示すように圧縮されて読み出されるよう
になる。窓関数の後半周期の時間は（ｔ_win −ｔ_sk）と
なり、この（ｔ_win −ｔ_sk）内で読み出される窓関数の
後半周期部分は、（ｂ）に示すように伸長されて読み出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人声音や自然楽器音等
のようなフォルマント音を電気的に合成する音源に関す
るものであり、自然の音に近いフォルマント音を合成で
きるフォルマント方式音源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４を参照しながらフォルマント波形
の一般的な発生方法を説明する。図１４の（ａ）に示す
ある周波数ｆ_f を有する周期波形を発生すると共に、同
図（ｂ）に示すような滑らかな変化をしている窓関数信
号を発生する。そして、この窓関数信号により、上記周
波数ｆ_f を有する周期波形を振幅変調すると、その波形
は同図（ｃ）に示すようなフォルマント波形になる。こ
のフォルマント波形は図示するように、包絡線が窓関数
と同じ形状とされ、その搬送波信号は周波数ｆ_f を有す
る周期波形とされており、この周波数ｆ_f がフォルマン
トの中心周波数とされる。

【０００３】このようなフォルマント波形は、例えば
（ｃ）に示すように周期ｔ_f 毎に発生されており、この
周期ｔ_f が音高周期とされるようになる。また、このフ
ォルマント波形のスペクトルは、例えば、図３（ｂ）に
示すように、周期信号の周波数ｆ_f にピークを有する比
較的鋭いスペクトル分布とされている。このように発生
されるフォルマント波形を用いて多様な音色を得るため
に、従来、窓関数の波形の形状を種々設定するようにし
ており、このようなフォルマント方式音源の一例を図１
５に示す。なお、この図に示すフォルマント方式音源
は、本出願の出願人にかかる特開平２−２６２６９８号
公報に記載されているものである。

【０００４】図１５において、パルス発生回路１０１
は、フェイズアキュムレータ１１１および微分器１１２
からなる。フェイズアキュムレータ１１１は所定のクロ
ックパルスに同期してフォルマント基本周波数情報値Ｆ
₀ を累算している。このフェイズアキュムレータ１１１
の累算値出力を図１６（ａ）に示すが、累算値は鋸歯状
に変化しており、その値が２πに達する毎にオーバフロ
ーして、再び累算されるようにされている。ところで、
基本周波数情報値Ｆ₀ は、発生しようとするフォルマン
ト音の基本周波数、すなわち音高に対応する値に設定さ
れており、フェイズアキュムレータ１１１は累算値ｑＦ
₀ （ｑ＝１，２，３・・・）が２πに相当する値に到達
する毎に最上位ビット（ＭＳＢ）に信号「１」が出力さ
れている。このＭＳＢ信号を微分器１１２により微分し
て、図１６（ｂ）に示す微分パルスを発生しているた
め、この微分パルスの周期は発生させようとする音高の
周期に等しくなる。この微分パルスは、搬送波発生回路
１０２および変調波発生回路１０３へ初期設定信号とし
て供給されている。

【０００５】搬送波発生回路１０２は、フェイズアキュ
ムレータ１２１および正弦波テーブル１２２からなり、
このフェイズアキュムレータ１２１はクロックパルスに
同期してフォルマント中心周波数Ｆ_f を累算し、その累
算値ｑＦ_f を正弦波テーブル１２２の読み出しアドレス
信号として順次出力する。正弦波テーブル１２２には、
正弦波の一周期の順次サンプル点振幅値が対数値で各ア
ドレスに記憶されており、アキュムレータ１２１から出
力されるアドレス信号（累算値ｑＦ_f ）により指定され
たアドレスに記憶されている正弦波振幅値が順次読み出
しされる。これにより、正弦波テーブル１２２からは周
波数信号Ｆ_f に対応するフォルマント中心周波数の正弦
波の順次サンプル点振幅値がクロックパルスに従って順
次出力される。

【０００６】このフォルマント中心周波数情報値Ｆ_f
は、発生すべきフォルマント音の音高ｆ_o とは独立し
て、フォルマント音の音色を示すパラメータの１つであ
るフォルマント中心周波数ｆ_f に対応する値に設定され
ている。従って、この搬送波発生回路１０２は、発生す
べきフォルマント音の音高とは独立して所望の音色に対
応して任意に設定されたフォルマント中心周波数ｆ_f に
等しい周波数の正弦波を発生することになる。変調波発
生回路１０３は、セレクタ１３１，１３４，フェイズア
キュムレータ１３２，サイン自乗波テーブル１３３およ
びビットシフタ１３５により構成されており、セレクタ
１３１はフェイズアキュムレータ１３２の累算値出力が
０〜πに相当する値では、前半周期用バンド幅値ｋａを
選択してフェイズアキュムレータ１３２に供給し、フェ
イズアキュムレータ１３２の累算値出力がπ〜２πに相
当する値では、後半周期用バンド幅値ｋｂを選択してフ
ェイズアキュムレータ１３２に供給している。また、セ
レクタ１３４はフェイズアキュムレータ１３２の累算値
出力が０〜πに相当する値では、前半周期用シフト値ｎ
ａを選択してビットシフタ１３５に供給し、フェイズア
キュムレータ１３２の累算値出力がπ〜２πに相当する
値では、後半周期用シフト値ｎｂを選択してビットシフ
タ１３５に供給している。

【０００７】このフェイズアキュムレータ１３２は、セ
レクタ１３１により選択されたバンド幅値ｋａあるいは
バンド幅値ｋｂをクロックパルスに同期して累算し、そ
の累算値ｑ₁kａ＋ｑ ₂ｋｂ（ｑ₁=１，２，３・・・、ｑ
₂＝１，２，３・・・）をサイン自乗波テーブル１３３
の読み出しアドレス信号として順次出力する。またこの
フェイズアキュムレータ１３２は、図１６（ｃ）に示す
ように累算値が２πに相当する値になると累算動作を停
止して２π相当値を出力し続けるようにされている。さ
らに、このアキュムレータ１３２は、同図（ｄ）に示す
ように累算値がπに相当する値以上では最上位ビット
（ＭＳＢ）が、「１」となるように設定されており、こ
のＭＳＢの信号はセレクタ１３１および１３４にセレク
ト信号として供給されている。

【０００８】サイン自乗波テーブル１３３には、サイン
自乗波の１周期の順次サンプル点の振幅値が対数値で各
アドレスに記憶されており、アキュムレータ１３２から
出力されるアドレス信号（累算値ｑ₁kａ＋ｑ ₂ｋｂ）に
より指定されたアドレスに、記憶されているサイン自乗
波のサンプル値が順次読み出されると、図１６（ｄ）に
示すような波形となる。ビットシフタ１３５は、サイン
自乗波テーブル１３３から読み出されたサイン自乗波サ
ンプル値を、セレクタ１３４を介して供給されるシフト
値ｎａあるいはシフト値ｎｂに応じたビット数だけ左へ
シフトし、結果として前記サンプル値を２^na倍あるいは
２^nb倍する。これによりサイン関数の２^naあるいはサイ
ン関数の２^nbの波形が得られることになる。そこで、シ
フト値ｎａとシフト値ｎｂとを異なる値にすると、前半
周期と後半周期とで異なる冪乗のサイン冪乗波形とされ
るため、図１６（ｆ）に示すように、前半周期の波形と
後半周期の波形の形状とが異なるようになる。

【０００９】このようにして発生されたサイン冪乗波形
の信号は、加算器１０４の一方の入力端子に入力され、
加算器１０４の他方の入力端子には、前記搬送波発生回
路１０２から発生されたフォルマント中心周波数ｆ_f の
信号が入力されているので、加算器１０４からは、これ
ら両入力信号を加算した信号が出力されるようになる。
この加算器１０４の出力は、さらに加算器１０５の一方
の入力とされて、対数値データとされたエンベロープ信
号ＥＮＶと加算される。そして、加算器１０５の出力を
対数／真数変換器１０６に入力すると、加算された対数
データが真数値に変換される。すると、対数の加算は真
数の乗算に相当するため、前記加算器１０４により加算
されるビットシフタ１３５からのサイン冪乗波形信号
と、前記搬送波発生回路１０２から発生されたフォルマ
ント中心周波数ｆ_f の信号とが乗算された信号に、さら
に加算器１０５で加算されるエンベロープ信号ＥＮＶを
乗算した信号が、対数／真数変換器１０６から出力され
るようになる。

【００１０】すなわち、フォルマント中心周波数ｆ_f の
信号をビットシフタ１３５より出力されるサイン冪乗波
形信号により振幅変調された信号（例えば、前記図１４
（ｃ）参照）とされ、この振幅変調信号がさらにエンベ
ロープ信号ＥＮＶにより振幅変調された信号とされる。
そして、対数／真数変換器１０６より出力される振幅変
調された信号はデジタル・アナログ（ＤＡ）変換器１０
７によりアナログ信号に変換され、図示しない増幅器お
よびスピーカシステム等からなるサウンドシステムを介
することにより、フォルマント音として発音されるよう
になる。

【００１１】このフォルマント方式音源においてフォル
マント波形のスカート特性を制御しようとする時には、
変調波発生回路１０３から発生される変調波の形状を変
化させればよい。この変調波は、一般に窓関数と呼ばれ
ており、セレクタ１３１に供給されているフォルマント
の時間幅を決めるバンド幅値Ｋａ，Ｋｂおよびセレクタ
１３４に供給されている前記シフト値ｎａ，ｎｂを変更
することにより窓関数を変更している。例えば、バンド
幅値ＫをＫ＝Ｋａ＝Ｋｂ＝２π＊１００とし、シフト値
をｎａ＝０，ｎｂ＝１とした時に発生される窓関数によ
り、変調されたフォルマント音のスペクトル分布は図１
７に示すようになる。また、バンド幅値Ｋを変更せず、
ｎａ＝０，ｎｂ＝４とシフト値を変更した時の窓関数に
よれば、図１８に示すようなスペクトルのフォルマント
音となる。さらに、バンド幅値ＫをＫ＝Ｋａ＝Ｋｂ＝２
π＊４００とし、シフト値をｎａ＝ｎｂ＝０と変更した
場合の窓関数によれば、図１９に示すようなスペクトル
のフォルマント音となる。このように、バンド幅値ある
いはシフト値を変更することにより窓関数を変更して、
多様なフォルマント音を作成するようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようにフォルマントの時間幅を決めるバンド幅値あるい
はシフト値を変更することにより、窓関数を変更してフ
ォルマントのスカート特性を変化させると、図１７ない
し図１９に示されるようにスペクトル分布特性のバンド
幅も同時に変化してしまうという問題点があった（スカ
ート特性が広がるようにすると、バンド幅も広がるよう
に変化する。）。さらに、シフト値は整数とされている
ため、シフト値を変更することによるスカート特性の制
御は極めて粗い制御になり、細かく制御するようにする
とそのハードウェアは極めて複雑になるという問題点が
あった。そこで、本発明はフォルマント波形とのスペク
トル分布のスカート特性を、バンド幅を変化させること
なく制御できるフォルマント方式音源を提供することを
目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は窓関数の時間幅を変化させることなく窓関
数の時間幅に対する窓関数の前半周期の時間を変更する
ことにより、フォルマントのスカート特性を制御するよ
うにしたものであり、音色情報に応じて窓関数の時間幅
及び窓関数の前半周期時間幅を設定する窓関数時間幅発
生手段と、この窓関数時間幅発生手段から出力される窓
関数情報とピッチ情報とに応じて、前記設定された時間
幅及び前記前半周期時間幅特性を有する窓関数信号を前
記ピッチ周期毎に発生する窓関数発生手段と、音色情報
に応じてフォルマント中心周波数信号を発生する周期関
数発生手段とを備えるようにし、前記窓関数発生手段か
ら発生された前記窓関数信号により、前記周期関数発生
手段から発生された前記フォルマント中心周波数信号を
振幅変調することにより、フォルマント音を発生するよ
うにしたものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、窓関数の前半周期時間を、そ
の時間幅に対して変化させることにより、バンド幅を変
化させることなくフォルマントのスカート特性を変化す
ることができると共に、制御のためのハードウェアを単
純にすることができる。また、窓関数の時間幅に対する
その前半周期時間を連続的に変化させられるため、スカ
ート特性を細かく制御することができる。また、窓関数
をサイン波をベースとした関数とすれば、収束が速いた
めフォルマント波形が重ね合わされるおそれを防止する
ことができる。

【００１５】

【実施例】本発明の説明に先立ち、本発明における窓関
数を発生させる原理を図１及び図２を参照しながら説明
する。図１に示すグラフにおいて、横軸は時間であり、
縦軸は位相とされている。この位相は窓関数波形の少な
くとも一部が記憶されている波形メモリのアドレスに対
応している。また、ｔ_win は窓関数の時間幅であり、ｔ
_skは窓関数の前半周期時間である。従って、窓関数の後
半周期時間は（ｔ_win −ｔ_sk）となる。

【００１６】すなわち、窓関数の前半周期の時間はｔ_sk
に応じて変化するようになり、図１（ａ）に示すように
ｔ_skを短くするように設定すると、このｔ_sk内で読み出
される窓関数の前半周期部分が読み出されるため、この
前半周期部分は（ｂ）に示すように圧縮されて読み出さ
れるようになる。一方、窓関数の後半周期の時間は（ｔ
_win −ｔ_sk）となり、この（ｔ_win −ｔ_sk）内で読み出
される窓関数の後半周期部分は、（ｂ）に示すように伸
長されて読み出される。従って、（ｂ）に示すように前
半周期の部分が急峻に立ち上がり、後半周期部分がゆる
やかに立ち下がる窓関数が読み出されることになる。な
お、窓関数が読み出される波形メモリには、例えばｓｉ
ｎ² θの波形が記憶されている。

【００１７】窓関数の前半周期の時間ｔ_skを１／２ｔ
_win 〜１／３２ｔ_win に替えた時の窓関数の変化を図２
に示す。この図において、（１）はｔ_sk＝１／２ｔ_win
と設定した時であり、（２）はｔ_sk＝１／４ｔ_win と設
定した時であり、（３）はｔ_sk＝１／８ｔ_win と設定し
た時であり、（４）はｔ_sk＝１／１６ｔ_win と設定した
時であり、（４）はｔ_sk＝１／３２ｔ_win と設定した時
である。このように、窓関数の前半周期の時間ｔ_skが短
くなるに従って、窓関数の前半周期部分は急峻に立ち上
がるようになる。次に、このように発生した窓関数を用
いて周期波形からなるフォルマント中心周波数信号を変
調することにより生成したフォルマント波形と、そのス
ペクトル分布を図３〜図８に示す。

【００１８】ｔ_sk＝１／２ｔ_win と設定した時のフォル
マント波形は図３（ａ）に示すようになる。この場合、
フォルマント中心周波数ｆ_f の周期がフォルマント内の
周期波形の周期となり、このフォルマント波形が例えば
図示するピッチ周期毎に発生される。同図（ｂ）は
（ａ）に示すフォルマント波形のスペクトル分布を示す
図であり、そのピークを示すフォルマント中心周波数は
ｆ_f とされ、図示するようにスペクトル間の差の周波数
がピッチとなる。図４（ａ）は、ｔ_sk＝１／４ｔ_win と
設定した時のフォルマント波形を示している。前記のよ
うに、フォルマント中心周波数ｆ_f の周期はフォルマン
ト波形内の周期波形の周期と同一であり、このフォルマ
ント波形は図示するピッチ周期毎に発生される。同図
（ｂ）は（ａ）に示すフォルマント波形のスペクトル分
布を示す図であり、そのピークを示す中心周波数はｆ_f
とされる。この場合、図３に示すスペクトル分布に比
し、スカート特性が伸びるように制御されているが、そ
のピーク近傍のバンド幅はほとんど変化していない。

【００１９】図５（ａ）は、ｔ_sk＝１／８ｔ_win と設定
した時のフォルマント波形を示している。フォルマント
中心周波数ｆ_f の周期はフォルマント内の周期波形の周
期と同一である。このフォルマント波形は図示するピッ
チ周期毎に発生される。同図（ｂ）は（ａ）に示すフォ
ルマント波形のスペクトル分布を示す図であり、そのピ
ークを示す中心周波数はｆ_f とされる。この場合、図４
に示すスペクトル分布に比し、さらにスカート特性が伸
びるように制御されているが、そのバンド幅は依然とし
てほとんど変化していない。

【００２０】図６（ａ）は、ｔ_sk＝１／１６ｔ_win と設
定した時のフォルマント波形を示している。フォルマン
ト中心周波数ｆ_f の周期はフォルマント波形内の周期波
形の周期と同一であり、このフォルマント波形は図示す
るピッチ周期毎に発生される。同図（ｂ）は（ａ）に示
すフォルマント波形のスペクトル分布を示す図であり、
そのピークを示す中心周波数はｆ_f とされる。この場
合、図５に示すスペクトル分布に比し、さらにスカート
特性が伸びるように制御されているが、そのバンド幅は
依然としてほとんど変化していない。

【００２１】図７（ａ）は、ｔ_sk＝１／３２ｔ_win と設
定した時のフォルマント波形を示している。フォルマン
ト中心周波数ｆ_f の周期はフォルマント波形内の周期波
形の周期と同一であり、このフォルマント波形は図示す
るピッチ周期毎に発生される。同図（ｂ）は（ａ）に示
すフォルマント波形のスペクトル分布を示す図であり、
そのピークを示す中心周波数はｆ_f とされる。この場
合、図６に示すスペクトル分布に比し、さらにスカート
特性が伸びるように制御されているが、そのバンド幅は
依然としてほとんど変化していない。

【００２２】図８（ａ）は、ｔ_sk＝（ｔ_win −１／４ｔ
_win ）と設定した時のフォルマント波形を示している。
この場合、フォルマント中心周波数ｆ_f の周期はフォル
マント波形内の周期波形の周期と等しく、このフォルマ
ント波形は図示するピッチ周期毎に発生される。同図
（ｂ）は（ａ）に示すフォルマント波形のスペクトル分
布を示す図であり、そのピークを示す中心周波数はｆ_f
とされる。この場合、図４に示すスペクトル分布と同様
のスペクトル分布となる。従って、この図に示すように
窓関数の前半周期部分の時間を１／２ｔ_win より長くし
ていく場合においても、前記図４ないし図７に示すよう
なスペクトル分布となる。

【００２３】本発明は、このようにして窓関数を発生し
ており、この窓関数発生手段を備える楽音発生部（Ｔ
Ｇ）を有する電子楽器のブロック図を図９に示す。この
図において、鍵盤等の演奏操作子１が操作された時のキ
ーオン（ＫＯＮ）信号およびキーコード（ＫＣ）等の信
号と、音色設定操作子２よりの音色設定信号等は制御部
１０に供給され、制御部１０において入力された信号に
基づいて、ＫＣデータ，キーオンパルス（ＫＯＮＰ）デ
ータ，ＫＯＮデータ，窓関数パラメータ（ＦＷＩＮ１，
ＦＷＩＮ２）およびフォルマント中心周波数（ＦＦ）デ
ータがＴＧ２０に供給されている。さらに、制御部１０
はエンベロープパラメータ（ＥＧＰＡＲ）もＴＧ２０に
供給している。ＴＧ２０は供給されたデータおよびパラ
メータに応じたフォルマント音を発生して出力する。こ
のフォルマント音は、図示しない増幅器およびスピーカ
システム等からなるサウンドシステムを介することによ
り、フォルマント音として発音されるようになる。

【００２４】次に、楽音発生部（ＴＧ）２０の回路図を
図１０に示す。この図において、キーコード（ＫＣ）デ
ータはキーコード（ＫＣ）−Ｆナンバ（Ｆ_no）変換テー
ブル３０に供給されて、Ｆ_noデータに変換される。この
Ｆ_noデータは加算器３１の一方の入力端子に入力され
る。この加算器３１は２つの入力端子に入力されたデー
タを加算して加算出力をアンドゲート３２の一端に供給
している。このアンドゲート３２を通過した加算データ
は、サンプリングクロックφ_s がシフトクロックとして
供給されているシフトレジスタ３３にラッチされる。こ
のシフトレジスタ３３より出力される前回の加算データ
が加算器３１の他方の入力端子に入力されることによ
り、上記Ｆ_noデータが累算されることになる。このＦ_no
データの累算データは、入力されたキーコードに対応し
ているため、発音しようとするピッチの位相に対応する
ことになり、累算されるにつれ累算出力は増加していく
が、オーバフローすると元に戻るため図１１（Ｂ）に示
すように鋸歯状に変化していくようになる。

【００２５】なお、この加算器３１，アンドゲート３
２，シフトレジスタ３３からなる累算手段は、同図
（Ａ）に示すキーオンパルス（ＫＯＮＰ）により初期値
にリセットされている。すなわち、ＫＯＮＰはオアゲー
ト３７を介してアンドゲート３２に反転されて入力され
ることにより、ＫＯＮＰによりアンドゲート３２が閉じ
られ、シフトレジスタ３３にラッチされるデータがオー
ル「０」とされることにより、リセットされるものであ
る。

【００２６】また、窓関数パラメータＦＷＩＮ１，ＦＷ
ＩＮ２はフォルマント音の音色を示すパラメータの一つ
でありセレクタ２１に入力されて、いずれか１つのパラ
メータが選択されてセレクタ２１から出力されている。
セレクタ２１から出力された窓関数パラメータＦＷＩＮ
１あるいは窓関数パラメータＦＷＩＮ２は加算器２２の
一方の入力端子に入力される。この加算器２２は２つの
入力端子に入力されたデータを加算して加算データをア
ンドゲート２３の一端に供給すると共に、そのキャリー
出力を、アンドゲート２３よりの出力が一端に供給され
たオアゲート２４に入力している。このようにして、ア
ンドゲート２３およびオアゲート２４を通過した加算デ
ータはサンプリングクロックφ_s がシフトクロックとし
て供給されているシフトレジスタ２５にラッチされる。
このシフトレジスタ２５より出力される前回の加算デー
タが加算器２２の他方の入力端子に入力されることによ
り、窓関数パラメータＦＷＩＮ１あるいは窓関数パラメ
ータＦＷＩＮ２が累算されている。この累算データは後
述する窓関数用波形メモリ２７の読み出しアドレスとさ
れているため、累算データは窓関数波形の位相データと
されている。

【００２７】さらに、アンドゲート２３より出力される
加算データのＭＳＢはセレクタ２１に選択信号として供
給されており、このＭＳＢが「０」の時は窓関数パラメ
ータＦＷＩＮ１が選択されてセレクタ２１より出力さ
れ、このＭＳＢが「１」の時は窓関数パラメータＦＷＩ
Ｎ２が選択されてセレクタ２１より出力される。そし
て、アンドゲート２３より出力される加算データは、選
択されている窓関数パラメータＦＷＩＮ１あるいは窓関
数パラメータＦＷＩＮ２の累算データであって、前記の
ように窓関数波形の位相を示しているから、ＭＳＢが
「０」の間が窓関数波形の前半周期の期間となり、ＭＳ
Ｂが「１」の間が後半周期の期間となる。さらにまた、
後半周期が終わり、加算器２２がオーバフローするとそ
のキャリー出力「１」がオアゲート２４に供給されるた
め、シフトレジスタ２５にはオール「１」がラッチされ
ることになり、シフトレジスタ２５よりの出力はオール
「１」に固定されるようになる。

【００２８】従って、窓関数波形の前半周期の位相変化
速度は窓関数パラメータＦＷＩＮ１に基づいた速度とな
り、窓関数波形の後半周期の位相変化速度は窓関数パラ
メータＦＷＩＮ２に基づいた速度となると共に、後半周
期が終了すると、位相は最大位相で固定されるようにな
る。このため、例えば窓関数パラメータＦＷＩＮ１を窓
関数パラメータＦＷＩＮ２より大きくした場合の位相の
変化は、図１１（Ｄ）に示すようになる。この累算デー
タは排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ）回路２６を介して窓関
数用波形メモリ２７に読み出しアドレスとして供給され
る。従って、この窓関数用波形メモリ２７から累算デー
タである読み出しアドレスに応じて窓関数波形が読み出
されるようになる。なお、この窓関数用波形メモリ２７
には例えばｓｉｎ² ωｔの波形データのサンプル値がア
ドレスに対応して記憶されている。

【００２９】さらに、ＥＸ−ＯＲ回路２６の一端に累算
データが供給されると共に、この累算データのＭＳＢが
ＥＸ−ＯＲ回路２６の他端に供給されているため、ＭＳ
Ｂが「１」となる後半周期期間には累算データである読
み出しアドレスは、反転されてＥＸ−ＯＲ回路２６から
出力されるようになる。従って、後半周期期間には窓関
数用波形メモリ２７は反対方向に読み出されるようにな
り、結局のところ窓関数用波形メモリ２７を往復読み出
しすることにより、窓関数波形を発生していることにな
る。このため、窓関数用波形メモリ２７には窓関数波形
の半周期を記憶しておけば良いことになる。

【００３０】さらに、フォルマント音の音色を示す他の
パラメータであるフォルマント中心周波数データＦＦは
加算器３８の一方の入力端子に入力される。この加算器
３８は２つの入力端子に入力されたデータを加算して加
算データをアンドゲート３９の一端に入力している。こ
のアンドゲート３９を通過した加算データはサンプリン
グクロックφ_s がシフトクロックとして供給されている
シフトレジスタ４０にラッチされる。このシフトレジス
タ４０より出力される前回の加算データが加算器３８の
他方の入力端子に入力されることにより、上記フォルマ
ント中心周波数データＦＦが累算されることになる。こ
のフォルマント中心周波数データＦＦの累算データは、
フォルマント中心周波数の位相を示しており、累算され
るにつれ累算データは増加していくが、オーバフローす
ると元に戻るため図１１（Ｅ）に示すように鋸歯状に周
期的に変化している。この位相を示す累算データを読み
出しアドレスとして波形メモリ４１に供給して、波形メ
モリ４１からフォルマント中心周波数信号を周期的に読
み出している。なお、この波形メモリ４１には例えば１
周期の正弦波形ｓｉｎωｔが記憶されている。もちろ
ん、正弦波形以外の波形を記憶させておいてより複雑な
フォルマント波形が得られるようにしてもよい。

【００３１】ところで、前記シフトレジスタ３３よりの
ピッチ位相を示す累算データのＭＳＢは、例えば１サン
プリングクロックφ_s 時間データを遅延する遅延手段３
４に印加されると共にインバータ３５に印加される。さ
らに、この遅延手段３４とインバータ３５の出力がアン
ドゲート３６に印加されることにより、アンドゲート３
６からＭＳＢの立ち下がり縁を微分した図１１（Ｃ）に
示す微分パルスを得ることができる。この微分パルスは
オアゲート３７を介してリセットパルスとして前記アン
ドゲート３２およびアンドゲート２３，アンドゲート３
９に印加されている。そして、アンドゲート３２に反転
されて入力されたリセットパルスは、アンドゲート３２
を閉じるため、アンドゲート３２の出力をラッチするシ
フトレジスタ３３のラッチデータがオール「０」とされ
る。これにより、加算器３１，アンドゲート３２，シフ
トレジスタ３３からなる累算手段がピッチ周期ごとにリ
セットされる。

【００３２】また、アンドゲート２３に反転されて入力
されたリセットパルスは、アンドゲート２３を閉じるた
め、アンドゲート２３の出力をラッチするシフトレジス
タ２５のラッチデータがオール「０」とされる。これに
より、加算器３２，アンドゲート２３，オアゲート２
４，シフトレジスタ２５からなる累算手段がピッチ周期
ごとにリセットされる。さらに、アンドゲート３９に反
転されて入力されたリセットパルスは、アンドゲート３
９を閉じるため、アンドゲート３９の出力をラッチする
シフトレジスタ４０のラッチデータがオール「０」とさ
れる。これにより、加算器３８，アンドゲート３９，シ
フトレジスタ４０からなる累算手段がピッチ周期ごとに
リセットされる。

【００３３】これにより、ピッチ周期の始点において、
ピッチの位相，窓関数波形の位相およびフォルマント中
心周波数の位相が共にイニシャル値にリセットされ、常
に同位相から各波形が発生されるようになる。このた
め、フォルマント音のスペクトル分布は常に一定とされ
変動することが防止される。また、窓関数波形の位相が
ピッチ毎にイニシャル値にリセットされるため窓関数波
形はピッチ毎に発生されるようになる。このようにして
波形メモリ４１から発生されたフォルマント中心周波数
信号と、窓関数用波形メモリ２７から発生された窓関数
波形とが乗算器２８に入力されて、両信号が乗算される
ことにより、図１１（Ｇ）に示すフォルマント波形が生
成されるようになる。このフォルマント波形は、前記の
ように窓関数がピッチ毎に発生されているため、図示す
るようにピッチ毎に発生されるようになる。このフォル
マント波形は、さらに乗算器２９によりエンベロープ信
号が乗算されてフォルマント音として出力されるように
なる。このエンベロープ信号は押鍵状態を示しているＫ
ＯＮ信号とキータッチ情報等に応じたＥＧＰＡＲが供給
されるエンベロープジェネレータ４２により発生されて
いる。

【００３４】なお、前半周期の位相速度を決定する窓関
数パラメータＦＷＩＮ１を変更することにより、前記図
３ないし図８に示すようにフォルマント波形を制御する
ことができる。この場合、窓関数パラメータＦＷＩＮ２
は窓関数パラメータＦＷＩＮ１が変更されても窓関数の
時間幅ｔ_win が変更されないよう、窓関数パラメータＦ
ＷＩＮ２と窓関数パラメータＦＷＩＮ１との和が一定と
なる値とされる。あるいは、窓関数パラメータＦＷＩＮ
１を反転して窓関数パラメータＦＷＩＮ２としても良
い。また、窓関数パラメータＦＷＩＮ１，ＦＷＩＮ２は
パラメータ値を連続的に変化することができる。

【００３５】以上説明したフォルマント方式音源におい
ては、図９に示す音色設定操作子２の操作に応じて、フ
ォルマント中心周波数データＦＦや窓関数パラメータＦ
ＷＩＮ１と窓関数パラメータＦＷＩＮ２が設定される
が、通常はピッチの周期を窓関数の時間幅が越えないよ
うに窓関数パラメータＦＷＩＮ１，ＦＷＩＮ２が設定さ
れる。ただし、フォルマント方式音源を複数、または、
例えば２系統並列に設けて、順次または交互にピッチ周
期に応じてフォルマント波形を発生させるようにすれ
ば、ピッチの周期を越える時間幅のフォルマント波形を
発生させることもできる。また、発生すべき音高や音域
に応じて、フォルマント中心周波数データＦＦや窓関数
パラメータＦＷＩＮ１，窓関数パラメータＦＷＩＮ２を
設定しても良い。さらに、波形メモリ２７，４１のサン
プル値データを対数データとすると、乗算器２８，２９
に替えて構成の容易な加算器に置き換えることができ
る。ただし、出力する前に対数／真数変換手段により対
数を真数に変換する必要がある。

【００３６】さらに、楽音発生部ＴＧを図１２に示すよ
うに２以上並列に配置して、それぞれから異なるフォル
マント中心周波数のフォルマント波形を発生させて加算
器２０−４により、それぞれ合成して出力するようにし
てもよい。この場合においては、ＫＣデータ，ＫＯＮ
Ｐ，ＫＯＮデータを共通に各ＴＧ２０−１，２０−２，
２０−３に供給すると共に、窓関数パラメータＦＷＩＮ
１１，窓関数パラメータＦＷＩＮ２１，フォルマント中
心周波数ＦＦ１およびエンベロープパラメータＥＧＰＡ
Ｒ１をＴＧ２０−１に供給し、窓関数パラメータＦＷＩ
Ｎ１２，窓関数パラメータＦＷＩＮ２２，フォルマント
中心周波数ＦＦ２およびエンベロープパラメータＥＧＰ
ＡＲ２をＴＧ２０−２に供給し、窓関数パラメータＦＷ
ＩＮ１３，窓関数パラメータＦＷＩＮ２３，フォルマン
ト中心周波数ＦＦ３およびエンベロープパラメータＥＧ
ＰＡＲ３をＴＧ２０−３に供給する。

【００３７】すると、例えば、ＴＧ２０−１から図１３
ａに示すスペクトル分布特性のフォルマント波形が発生
され、ＴＧ２０−２から図１３ｂに示すスペクトル分布
特性のフォルマント波形が発生され、ＴＧ２０−３から
図１３ｃに示すスペクトル分布特性のフォルマント波形
が発生されるようになる。この複数のそれぞれ異なるス
ペクトル分布特性のフォルマント波形を加算器２０−４
で合成して出力することにより、より多様な音色のフォ
ルマント音を得ることができるようになる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、窓関数の前半周期時間を、その時間幅に対して変化
させることにより、バンド幅を変化させることなくフォ
ルマント波形のスカート特性を変化させることができる
と共に、この制御のためのハードウェアを単純にするこ
とができる。また、窓関数の時間幅に対するその前半周
期時間を連続的に変化させられるため、スカート特性を
細かく制御することができる。また、サイン関数をベー
スにした窓関数とすると、窓関数の収束が速いためフォ
ルマントが重ね合わされるおそれを防止することができ
る。さらに、複数のフォルマント波形を合成することに
よりフォルマント音を生成するようにすると、より多様
な音色のフォルマント音を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窓関数を発生させる原理を説明する図
である。

【図２】ｔ_skを変化させた場合の窓関数を示す図であ
る。

【図３】ｔ_sk＝１／２ｔ_win の場合のフォルマント波形
とそのスペクトルを示す図である。

【図４】ｔ_sk＝１／４ｔ_win の場合のフォルマント波形
とそのスペクトルを示す図である。

【図５】ｔ_sk＝１／８ｔ_win の場合のフォルマント波形
とそのスペクトルを示す図である。

【図６】ｔ_sk＝１／１６ｔ_win の場合のフォルマント波
形とそのスペクトルを示す図である。

【図７】ｔ_sk＝１／３２ｔ_win の場合のフォルマント波
形とそのスペクトルを示す図である。

【図８】ｔ_sk＝（ｔ_win −１／４ｔ_win ）の場合のフォ
ルマント波形とそのスペクトルを示す図である。

【図９】本発明のフォルマント方式の音源を有する電子
楽器のブロック図である。

【図１０】本発明のフォルマント方式の音源のブロック
図である。

【図１１】本発明のフォルマント方式の音源の各部の波
形図である。

【図１２】本発明のフォルマント方式の音源の変形例を
示す図である。

【図１３】本発明のフォルマント方式の音源の変形例に
おけるスペクトルを示す図である。

【図１４】フォルマントを形成する原理を示す図であ
る。

【図１５】従来のフォルマント方式の音源のブロック図
である。

【図１６】従来のフォルマント方式の音源の各部の波形
を示す図である。

【図１７】従来のフォルマント方式の音源から発生され
るフォルマントのスペクトルを示す図である。

【図１８】従来のフォルマント方式の音源から発生され
る他のフォルマントのスペクトルを示す図である。

【図１９】従来のフォルマント方式の音源から発生され
るさらに他のフォルマントのスペクトルを示す図であ
る。

【符号の説明】

１演奏操作子２音色設定操作子１０制御部２０，２０−１，２０−２，２０−３楽音発生部２１，１３１，１３４セレクタ２０−４，２２，３１，３８，１０４，１０５加算器２３，２６，３２，３９アンドゲート２４，３７オアゲート２５，３３，４０シフトレジスタ２６ＥＸ−ＯＲ２７窓関数用波形メモリ２８，２９乗算器３０ＫＣ−Ｆ_no変換器３４遅延回路３５インバータ４１波形メモリ４２エンベロープジェネレータ１０６対数／真数変換器１０７ＤＡＣ１１１，１２１，１３２フェイズアキュムレータ１１２微分器１２２正弦波テーブル１３３サイン自乗波テーブル１３５ビットシフタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】独立したそれぞれの音色情報に応じて窓関
数の時間幅及び窓関数の前半周期時間幅を設定する窓関
数時間幅発生手段と、この窓関数時間幅発生手段から出
力される窓関数情報とピッチ情報とに応じて、前記設定
された時間幅及び前記前半周期時間幅を有する窓関数信
号を前記ピッチ周期毎に発生する窓関数発生手段と、音色情報に応じてフォルマント中心周波数信号を発生す
る周期関数発生手段とを備え、前記窓関数発生手段から発生された前記窓関数信号によ
り、前記周期関数発生手段から発生された前記フォルマ
ント中心周波数信号を振幅変調することによりフォルマ
ント音を発生するようにしたことを特徴とするフォルマ
ント方式音源。