JPH0782335B2 - 波形信号生成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は波形信号生成装置に関するものである。

［従来技術］ 従来、波形信号生成装置としては、種々の音色の楽音を
生成するため、その楽音の周波数をもつ基本正弦波のほ
か、この基本正弦波より周波数の高い多数の高調波正弦
波をVCO等で作成して、この高調波正弦波の各波形のレ
ベルを発生すべき楽音の音色に応じて種々変えて上記基
本正弦波に加え合せ、さらにこの合成波形に対して、エ
ンベロープを付加することにより、様々の合成波形を生
成するようにしていた。

［従来技術の問題点］ しかしながら、このような音源装置をデジタル回路で構
成するには、多数の正弦波発生回路等が必要であり、こ
れらを個々独立に制御するためには莫大な制御回路を必
要とし、その制御は困難であった。また、発生する楽音
の音色を時間の経過とともに、時々刻々と変化させたり
することはできなかった。

［発明の目的］ そこで、本発明の目的は簡単な回路構成で、種々の音色
の楽音を生成することのできる波形信号生成装置を提供
することにある。

［発明の要点］ この目的を達成するため、本発明は楽音発生指示に応じ
て発生する１種類の矩形波信号から複数種類の矩形波信
号を作成するとともに、選択された音色に応じて前記複
数種類の矩形波信号の夫々に対応する複数の重み付けデ
ータと複数種類のエンベロープデータとを発生し、各矩
形波信号の振幅及びエンベロープを制御して、さらにこ
の振幅及びエンベロープ制御された複数種類の矩形波信
号を累算して１つの合成波信号を生成するようにしたこ
とを要点とするものである。

［第一実施例の構成］ 以下、本発明を８チャンネルの楽音生成音をもつ８音ポ
リフォニックの楽器に実現化した一実施例につき、図面
を参照して詳述する。

〈全体構成〉 第２図は音源装置の全体回路図を示すもので、図中１は
鍵盤回路であって、この鍵盤回路１の操作鍵に応じた音
高の周波数情報FIはキーアサイナ２で空チャンネルが割
り当てられ、周波数信号発生部３で周波数情報FIに応じ
た周波数の矩形波信号が発生され、分周回路４で矩形波
信号が分周されて第１図上部に示す４種類の矩形波信号
FT1、FT2、FT3、FT4が作成され乗算回路８に与えられ
る。また、音色選択スイッチ５で選択された音色に応じ
たエンベロープ波形のエンベロープクロック信号ECK、U
/D（エンベロープアップ／ダウン）信号が音色メモリ６
からエンベロープ発生部７に与えられ、このエンベロー
プ発生部７から乗算回路８に第７図に示す４種類のエン
ベロープデータENV1、ENV2、ENV3、ENV4が出力され乗算
回路８に与えられる。この乗算回路８には、音色メモリ
６より選択音色に応じた重み付けデータWFも与えられて
おり、上記分周回路４からの各矩形波信号FT1〜４夫々
に、エンベロープ発生部７からのエンベロープデータEN
V1〜４が乗算されるとともに、上記重み付けデータWF1
〜３に応じた波形振幅の大きさに変換されて各波形信号
が加算合成され、この合成波信号は累算器９で累算され
D/A変換器10でアナログ信号に変換されて放音出力され
ていく。

〈乗算回路８、累算器９の構成〉 第３図は乗算回路８、累算器９の構成を示すもので上記
エンベロープ発生部７からのエンベロープデータENV4は
排他的オアゲート群11を介してハーフアダー15に与えら
れるが、この排他的オアゲート群11には上記分周回路４
からの矩形波信号FT4が与えられており、この矩形波信
号FT4がlowレベルのとき上記エンベロープデータENV4は
そのままハーフアダー15に与えられ、highレベルのとき
エンベロープデータENV4はマイナス値に反転されてハー
フアダー15に与えられ、矩形波信号FT4にエンベロープ
データENV4が乗算される。他のエンベロープデータENV
3、２、１も同様にして、矩形波信号FT3、２、１の与え
られている排他的オアゲート群12、13、14を介して、矩
形波信号に対する乗算が行われ、それぞれフルアダー1
6、17、18に与えられる。

上記ハーフアダー15からのエンベロープデータENV4の乗
算された矩形波信号FT4はシフター19で上記音色メモリ
６からの重み付けデータWF3に応じて１倍又は1/2倍の重
み付けがなされ、フルアダー16に与えられて、上記エン
ベロープデータENV3の乗算された矩形波信号FT3が加算
され、この加算データはシフター20で重み付けデータWF
2に応じて同じく１倍又は1/2倍の重み付けがなされ、フ
ルアダー17に与えられて、上記エンベロープデータENV2
の乗算された矩形波信号FT2がさらに加算され、この加
算データはシフター21で重み付けデータWF1に応じてや
はり同じく１倍又は1/2倍の重み付けがなされ、フルア
ダー18に与えられて、上記エンベロープデータENV1の乗
算された矩形波信号FT1がまたさらに加算されて、第１
図下部に示すような合成波信号が合成されその後最終累
算器で各チャンネル毎の波形信号の累算が行われてい
く。この場合、矩形波信号FT4はシフター19、20、21と
３つのシフターを経るので、WF1×WF2×WF3の重み付け
がなされ、矩形波信号FT3はシフター20、21と２つのシ
フターを経るので、WF1×WF2の重み付けがなされ、矩形
波信号FT2はシフター20のシフターのみ経るので、WF1の
重み付けがなされ、矩形波信号FT1はシフターを経ない
ので、重み付けに変動がない。

なお上記矩形波信号FT4〜１は夫々ハーフアダー15、フ
ルアダー16、17、18のCIN端子に入力され、排他的オア
ゲート群11〜14でのエンベロープデータ反転時に生じる
−１の誤差が消去される。

上記シフター19〜21は、第４図に示すように構成され、
各アダー15、16、17からの出力はトランスファゲート群
22を介してそのまま出力されるか、又はトランスファゲ
ート群23を介して下位へ１ビットシフトされて1/2の値
となって出力される。このトランスファゲート群22、23
には音色メモリ６からの上記重み付けデータWF1〜３が
与えられており、この重み付けデータWFが１倍の重みで
あればトランスファゲート群22が開成され、1/2倍の重
みであればトランスファゲート群23が開成される。

〈周波数信号発生部３、分周回路４の構成〉 第５図は周波数信号発生部３、分周回路４の構成を示す
もので、上記キーアサイナ２からの操作鍵に応じた音高
の周波数情報FIは周波数信号発生部３のトランスファゲ
ート群24を介してハーフアダー26で＋１されアンドゲー
ト群28を経、８つのチャンネルに応じた８段のシフトレ
ジスタ30を順次シフトされて出力され、トランスファゲ
ート群25を介して再びハーフアダー26に帰還入力されて
繰り返し＋１され、「11…１」になるとナンドゲート33
よりlowレベルの周波数信号が出力され、この周波数信
号はインバータ34を介して上記トランスファゲート群24
に開成信号として与えられ、再び周波数情報FIの取り込
みが行われる。上記周波数情報FIの値が大きいほど速く
「11……１」の値に達するので、周波数信号は周波数情
報FIの値が大きいほど短かい間隔で出力され、高い周波
数となる。

なお、上記アンドゲート群28には初期設定時においてク
リア信号CLがインバータ35を介して与えられ、各ゲート
が閉成されてシフトレジスタ30内のデータはすべて「00
…０」にクリアされる。

上記lowレベルの周波数信号はインバータ36を介して分
周回路４のハーフアダー27に与えられ、このハーフアダ
ー27に入力されるシフトレジスタ31からの４ビットデー
タが＋１されて、再びシフトレジスタ31に入力される。
このシフトレジスタ31は８つのチャンネルに応じた８段
の構成をなしており、このシフトレジスタ31の出力であ
る４ビットデータは周波数信号が出力されるごとにイン
クリメントされていくから、この４ビットの各ビット出
力は、下位から上位になるに従って２分周、４分周、８
分周、16分周したものとなり、これが上記矩形波信号FI
4、FI3、FI2、FI1として出力されていく。

〈エンベロープ発生部７の構成〉 第６図はエンベロープ発生部７の構成を示すもので、実
際には４つの第６図に示す回路構成のものがあることに
なる。上記音色メモリ６からのエンベロープクロック信
号ECKがフルアダー38の最下位ビットに入力され、この
フルアダー38に入力されるシフトレジスタ32からの出力
データが＋１されて、アンドゲート群29を介して再びシ
フトレジスタ32に入力される。このシフトレジスタ32は
８つのチャンネルに応じた８段の構成をなしており、こ
のシフトレジスタ32のデータは上記エンベロープクロッ
ク信号ECKが与えられるごとにインクリメントされ、こ
れが上記エンベロープデータENVとして出力されてい
く。また、音色メモリ６からのダウンのときhighレベル
となるU/D（エンベロープアップ／ダウン）信号はアン
ドゲート39に開成信号として与えられ、このアンドゲー
ト39を介して上記エンベロープクロック信号ECKが上記
フルアダー38の全入力ビットに与えられ、上記エンベロ
ープデータENVに「11…１」の（３）すなわち−１のデ
クリメントがなされていく。

上記アンドゲート群29にはクリア信号CLがインバータ37
を介して与えられ、各ゲームが閉成されてシフトレジス
タ32内のデータはすべて「00…０」にクリアされる。

［第一実施例の動作］ 次に本実施例の動作について述べる。

〈重み付けのない波形合成〉 いま音色選択スイッチ５を操作して音色メモリ６より重
み付けデータWF1〜３すべて１倍のデータを乗算回路８
の各シフター19〜21に与えたものとすると、各シフター
19〜21はすべてトランスファゲート群22側が開成され、
重み付けは全くなされない状態となる。ここでエンベロ
ープ発生部７からのエンベロープデータENV1〜４がすべ
て同一のマイナスの値であり、矩形波信号FT1〜４がす
べてlowレベルにあると、エンベロープデータENV1〜４
は排他的オアゲート群11〜14でそのまま出力されて加算
され、エンベロープデータENVが乗算された矩形波信号F
T（以下「乗算矩形波信号FT」という）の４倍のマイナ
スの振幅値の合成波信号が出力される。

次いで、矩形波信号FT1〜４のいずれか１つがhighレベ
ルになると、乗算矩形波信号FT1〜４のいずれか１つが
排他的オアゲート群11〜14のいずれかでプラス値に反転
され、他の乗算矩形波信号FT1つ分を打ち消して、結局
残り２つ分の乗算矩形波信号FTによって乗算矩形波信号
FTの２倍のマイナスの振幅値の合成波信号が出力され
る。

以後同様にして、矩形波信号FT1〜４のうち２つがhigh
レベルになると、合成波信号の振幅値は「０」となり、
矩形波信号FT1〜４のうち３つがhighレベルになると、
合成波信号の振値は乗算矩形波信号FTの２倍のプラスの
値となり、矩形波信号FT1〜４すべてhighレベルになる
と、合成波信号の振幅値は乗算矩形波信号FTの４倍のプ
ラスの値となる。

こうして、矩形波信号FT1〜４を合成することにより第
１図（１）に示すような楽音波形を生成することができ
る。

この場合、第３図の排他的オアゲート群11〜14の各出力
端にトランスファゲート群等を設けて、任意の矩形波信
号FT1〜４を選択して波形合成すれば、種々の合成波信
号を生成させることができ、また上記トランスファゲー
ト群の出力端に遅延回路を設け、任意の矩形波信号FT1
〜４の出力を遅延させれば、さらに複雑な合成波を得る
ことができる。

〈重み付けによる波形合成〉 次に、重み付けデータWF1〜３すべてを1/2倍に設定する
と、乗算矩形波信号FT4は３つのシフター19〜21を経る
ので1/8倍となり、乗算矩形波信号FT3は２つのシフター
20、21を経るので1/4倍となり、以下同様に乗算矩形波F
T2は1/2倍、乗算矩形波信号FTはそのままとなる。この
ため、矩形波信号FT1〜４がすべてlowレベルにあると、
合成波信号の振幅値は乗算矩形波信号FTの（１＋1/2＋1
/4＋1/8）倍のマイナス値となり、矩形波信号FT4のみが
highレベルになると、合成波信号の振幅値は乗算矩形波
信号FTの（１＋1/2＋1/4−1/8）倍のマイナスの値とな
って乗算矩形波信号FTの1/4倍分だけプラスの値に近づ
く。以後、矩形波信号FT1〜４が分周回路４のインクリ
メントに応じて「0010」「0011」「0100」と変動してい
くに従い、合成波信号の振幅値は乗算矩形波信号FTの1/
4倍ずつプラスされ、第１図（２）に示すような階段状
ののこぎり波の楽音波形が合成される。

次いで、重み付けデータWF2、３を1/2倍、重み付けデー
タWF1を１倍とすると、乗算矩形波信号FT4は1/4倍、乗
算矩形波信号FT3は1/2倍、乗算矩形波信号FT1、２はそ
のままとなる。この結果、上記第１図（２）の合成波に
比べ矩形波信号FT1の全体に占める割合が低くなり、そ
の分階段状の波形が途中で一時低くなる第１図（３）に
示すような２段の階段状の楽音波形が合成され、高調波
成分をより多く含んだ波形となる。

また、重み付けデータWF1、３を1/2倍、重み付けデータ
WF2を１倍とすると、乗算矩形波信号FT4は1/4倍、乗算
矩形波信号FT3、２は1/2倍、乗算矩形波信号FT1はその
ままとなる。この結果、上記第１図（３）の合成波に比
べ矩形波信号FT2の全体に占める割合も低くなり、その
分２段の階段状の波形が第１図（４）に示すような４段
の階段状の楽音波形が合成され、高調波成分をさらに多
く含んだ波形となる。

こうして、矩形波信号FT1〜４の夫々に重み付けをして
これらを合成することにより種々の合成波を得ることが
できる。この場合でも、上述したように、任意の矩形波
信号FT1〜４を選択したり、遅延させたりして、さらに
複雑な合成波を得ることができる。

〈エンベロープ波形の設定〉 上述した矩形波合成にあたっては、各矩形波のエンベロ
ープデータENV1〜４は一定のものとして説明したが、実
際には第７図に示すように４つとも異った波形となって
おり、楽音の鳴り始めで、まずエンベロープデータENV4
が速やかに立ち上るので、最初矩形波信号FT4の高周波
音が強調され、続いてエンベロープデータENV1が立ち上
ってくるので、矩形波信号FT1の低周波音が強調され、
のそ後エンベロープデータENV3、２と立ち上ってくるの
で、中域音が強調されることになる。

こうして、楽音の放音に従って音色の微妙に変化する音
を得ることができる。この場合４つのエンベロープ波形
すべて同じものとしてもかまわない。

［第二実施例］ 第８図は第二実施例を示すもので、本実施例ではシフタ
ー19〜21をハーフアダー15、フルアダー16、17の出力端
側ではなく、排他的オアゲート群11〜13の出力端側に設
けている。このため、乗算矩形波信号FT3、４が何段も
のシフターを通過することがなくなり、この乗算矩形波
信号FT3、４はシフター20、19に与えられる重み付けデ
ータWF2、３の値そのままの重み付けで出力されていく
ことになる。

上記実施例では、シフターを３つ設けて乗算矩形波信号
FT2〜４に重み付けをするようにしたが、排他的オアゲ
ート群14の出力端又はフルアダー18の出力端にシフター
を設けて乗算FT1に重み付けをしてもよく、シフター19
〜21のトランスファゲート群22、23をさらに増やして1/
4倍、1/8倍、２倍、４倍の重み付けデータWFを与えるよ
うにしてもよく、シフターを排他的オアゲート群11〜14
の入力端に設けて、エンベロープデータENVの方を重み
付けしておいてもよく、この場合でも結果的には矩形波
信号FTに重み付けをすることになる。また、合成する矩
形波は５種類以上でも２種類、３種類でもよく、矩形波
の周波数は各々1:2の割合のもの以外のものでもよい。
さらに、エンベロープ制御は合成前の各矩形波の階段で
行うようにしたが、各矩形波の重み付け後や合成後に行
うようにしてもよい。この場合、各矩形波を加算した合
成波にエンベロープ波形を乗算することになる。このほ
か、エンベロープ制御は行われない楽音を放音するよう
にしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は楽音発生指示に応じて発生
する１種類の矩形波信号から複数種類の矩形波信号を作
成するとともに、選択された音色に応じて前記複数種類
の矩形波信号の夫々に対応する複数の重み付けデータと
複数種類のエンベロープデータとを発生し、各矩形波信
号の振幅及びエンベロープを制御して、さらにこの振幅
及びエンベロープ制御された複数種類の矩形波信号を累
算して１つの合成波信号を生成するようにしたから任意
の矩形波信号を加えれば種々の楽音波形を得ることがで
き、各矩形波信号の重みやエンベロープを変えることに
より合成波信号を細かく変化させ実に様々な波形を得る
ことができ、しかも正弦波の場合にように波形データを
記憶しておく波形メモリが不要となり、音源装置の回路
構成を簡単なものとすることができ、また各矩形波信号
は「１」か「０」の値しかとらない１ビットデータであ
るからエンベロープデータと乗算する回路も非常に簡単
なもので済み、正弦波の場合のように波形データがａビ
ット、エンベロープデータがｂビットであればａ＋ｂビ
ットの乗算回路が必要となるが、本発明ではこのような
ことがなく、この面からも回路構成を簡単なものとする
ことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は矩形波信号とこれを合成した合成波信号の各波
形を示す図、第２図は音源装置の全体回路図、第３図は
乗算回路８及び累算器９の具体的な回路図、第４図〜第
６図は夫々シフター19〜21、周波数信号発生部３及び分
周回路４、エンベロープ発生部７の具体的な回路図、第
７図は矩形波信号夫々に乗算されるエンベロープの波形
を示す図、第８図は別の実施例の乗算回路８及び累算器
９の具体的な回路図である。 ３……周波数信号発生部、４……分周回路、７……エン
ベロープ発生部、８……乗算回路、９……累算器、11〜
14……排他的オアゲート群、15……ハーフアダー、16〜
18……フルアダー、19〜21……シフター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】楽音発生指示に応じて１種類の矩形波信号
   を発生する矩形波発生手段と、 この矩形波発生手段にて発生する矩形波信号に基づい
   て、複数種類の矩形波信号を作成する矩形波作成手段
   と、 発生すべき楽音の音色を選択可能な音色選択手段と、 この音色選択手段にて選択された音色に応じて、前記複
   数種類の矩形波信号の夫々に対応する複数の重み付けデ
   ータを発生する重み付けデータ発生手段と、 前記音色選択手段にて選択された音色に応じて、前記複
   数種類の矩形波信号の夫々に対応する複数種類のエンベ
   ロープデータを発生するエンベロープデータ発生手段
   と、 前記重み付けデータ手段にて発生する複数の重み付けデ
   ータの夫々に基づいて、対応する矩形波信号の振幅を時
   分割で制御するとともに、前記エンベロープデータ発生
   手段にて発生する複数種類のエンベロープデータの夫々
   に基づいて、対応する矩形波信号を時分割でエンベロー
   プ制御する制御手段と、 前記制御手段にて振幅及びエンベロープ制御された複数
   種類の矩形波信号を累算して１つの合成波信号を作成す
   る累算手段と、 この累算手段からの合成波信号に従った音響音の発生を
   指示する音響音発生指示手段と、 を具備してなることを特徴とする波形信号生成装置。