JPH08292770A - 電子楽器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ＤＰＣＭ方式やＡＤＰＣＭ方式で
圧縮された波形を記憶する電子楽器において、各波形ご
とに、該波形と対をなす予測フィルタ係数を記憶し、該
予測フィルタ係数を用いることにより楽音を再生する電
子楽器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、差分ＰＣＭ方式または適応差分Ｐ
ＣＭ方式で圧縮された波形の再生を行う電子楽器におい
て、該電子楽器に記憶される波形は、前記波形とともに
該波形を生成する際に使用された予測フィルタ係数とと
もに記憶され、各波形ごとに最適な予測フィルタ係数を
使用して波形の再生が行われるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差分ＰＣＭ方式や適応
差分ＰＣＭ方式で圧縮された波形を読出し発音を行う電
子楽器において、各波形ごとに固有の予測フィルタ係数
を用いて楽音を再生する電子楽器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子楽器では、いかにして自然音に近似
した楽音を発生するかということが重要な課題であり、
近年、自然音をサンプリングして記憶し、それを記憶し
た波形メモリから読み出すことにより楽音を発生するＰ
ＣＭ方式が主流となっている。

【０００３】しかしながら、自然音の波形は、音高や音
量ごとに異なっており、ＰＣＭ方式により、より自然な
音に近似した楽音を発生するためには、音高や音量ごと
に異なった波形を用意する必要があり、これを記憶する
波形メモリは膨大な量となる。

【０００４】そこで、このメモリの圧縮方法として、予
測フィルタを用いて予測値との差分値を記憶しておく差
分ＰＣＭ方式（以下ＤＰＣＭ方式という）や適応差分Ｐ
ＣＭ方式（以下ＡＤＰＣＭ方式という）が用いられてい
る。

【０００５】しかしながら、従来の方式では各波形に対
して用いられる予測フィルタ係数は常に一定であり、波
形によっては適正な予測値が得られず、楽音の品質を著
しく損なうという欠点があり改善が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る事情に鑑
みなされてものであり、ＤＰＣＭ方式やＡＤＰＣＭ方式
で圧縮された波形を記憶する電子楽器において、波形デ
ータを決定する段階で、各波形ごとに該波形と対をなす
予測フィルタ係数も記憶し、該予測フィルタ係数を用い
て楽音を再生する電子楽器を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、差分ＰＣＭ方
式または適応差分ＰＣＭ方式で圧縮された波形の再生を
行う電子楽器において、該電子楽器に記憶される波形
は、前記波形とともに該波形を生成する際に使用された
予測フィルタ係数とともに記憶され、各波形ごとに最適
な予測フィルタ係数を使用して波形の再生が行われるよ
うに構成される。

【０００８】また、前記波形及び予測フィルタ係数は、
元波形をサンプリングし、予測フィルタ係数を算出する
予測フィルタ係数算出手段５１と、前記予測フィルタ係
数算出手段５１により算出された予測フィルタ係数を記
憶する予測フィルタ係数記憶手段５２と、前記予測フィ
ルタ係数算出手段５１により算出された予測フィルタ係
数に基づき元波形を符号化して圧縮する符号化手段６１
と、前記符号化手段６１により符号化された波形を記憶
する波形記憶手段６２により設定され、予め汎用計算機
等により予測フィルタ係数及び圧縮された波形が求めら
れることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明は、ＤＰＣＭ方式やＡＤＰＣＭ方式で圧
縮が行われた波形を記憶する電子楽器において、高圧縮
率で、しかも良質の音が再生可能な電子楽器を提供する
ものである。

【００１０】このため、本発明においては、例えば汎用
計算機を用い、予め最適な波形及び該波形を決定するた
めに使用されたフィルタ係数を各波形ごとに記憶し、求
められた波形データ及び予測フィルタ係数を電子楽器の
メモリに記憶させておく。

【００１１】これにより、再生の際には、該波形に対応
した最適なフィルタ係数が常に用いられるので、音質を
損なうことなく、しかも高圧縮率の電子楽器を提供でき
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をＤＰＣＭ方式に適用した場合
の実施例について説明する。

【００１３】図２は、本発明の波形データや予測フィル
タ係数を、例えば汎用計算機により求める動作を説明す
る機能構成図である。図面を参照しながら、先ず圧縮さ
れた波形データ及び各波形ごとの予測フィルタ係数の求
め方について説明する。

【００１４】図において５０は予測ブロックであり６０
は予測フィルタブロック（エンコード部）である。予測
ブロック５０は予測フィルタ係数算出部５１と予測フィ
ルタ係数メモリ部５２からなり、エンコード部６０はＤ
ＰＣＭ符号化部６１と波形メモリ６２からなる。

【００１５】予測フィルタ係数算出部５１は、例えば自
然音等、入力された元波形から複数のサンプルを取り出
し各種手法に基づき予測フィルタ係数を検討し、最適の
予測フィルタ係数を決定するものである。

【００１６】予測フィルタ係数算出部５１で決定された
予測フィルタ係数は、予測フィルタ係数メモリ部５２に
記憶されるとともに、予測フィルタブロック６０に送ら
れる。

【００１７】予測フィルタブロック５０の予測フィルタ
係数メモリ部５２は、例えばＲＯＭからなり、予測フィ
ルタ係数算出部５１で決定された予測フィルタ係数を波
形データと対応させて記憶するものである。

【００１８】なお、該予測フィルタ係数メモリ部５２に
記憶された予測フィルタ係数は、電子楽器の予測フィル
タ係数メモリ部２１（図１参照）に各波形ごとに関連付
けられて記憶されるデータとして使用される。

【００１９】ＤＰＣＭ符号化部６１は、入力された元波
形を量子化し、予測フィルタ係数算出部５１から送られ
た予測フィルタ係数に基づいてＤＰＣＭ方式で符号化し
圧縮するものである。圧縮された波形は波形メモリ部６
２に記憶される。

【００２０】この波形メモリ部６２に記憶された波形
は、電子楽器の波形メモリ６のデータとして使用され
る。なお、予測フィルタ係数メモリ部５２に記憶される
予測フィルタ係数と、波形メモリ部６２に記憶される圧
縮された波形データは対をなすものであり、このため波
形データと予測フィルタ係数は関連づけられて記憶され
ている。

【００２１】次に図３を参照しながら予測フィルタが２
次の場合の予測フィルタブロック（エンコーダ）６０の
動作について説明する。エンコードにあたっては、先ず
予測ブロック５０予測フィルタ係数の決定が行われる。

【００２２】この予測フィルタ係数の決定に当たって
は、入力された元波形のサンプルデータが予測フィルタ
係数算出部５１に取り出され、該サンプルデータに基づ
いて予測フィルタ係数算出部５１において、例えばLevi
nson-Durbin 法、あるいはBurg法等の手法により予測フ
ィルタ係数が求められる。

【００２３】求められた予測フィルタ係数は、予測フィ
ルタ係数メモリ部５２に記憶されるとともに予測フィル
タブロック６０に送られる。

【００２４】予測フィルタブロック６０のＤＰＣＭ符号
化部６１は、遅延レジスタ６１１、６１２、乗算器６１
３、６１４、６１５、加算器６１６、６１７及び量子化
制御ブロック６１８により構成される。

【００２５】係る構成において、予測ブロック５０より
送られた予測フィルタ係数は、１次及び２次のフィルタ
の予測フィルタ係数としてＫ０及びＫ１にセットされ
る。

【００２６】次いで、元波形の一部が予測フィルタブロ
ック６０に取り込まれると、前回、前々回入力され、１
次及び２次の遅延レジスタ６１１，６１２に取り込まれ
ている値が呼び出され、各乗算器６１３，６１４により
所定の予測フィルタ係数が乗算されたのち、加算器６１
６に送られ加算されて予測値が求められる。

【００２７】さらに、乗算器６１５で符号が反転された
のち、加算器６１７で入力された元波形に加算され、量
子化幅制御ブロック６１８により量子化される。

【００２８】この量子化は、入力された波形の振幅を所
定のビット数に収まるように圧縮する処理であり、これ
により振幅に所定の圧縮が加えられた波形が出力される
ので、該波形を波形メモリ６２に記憶させる。

【００２９】ＤＰＣＭ方式による波形は、このようにし
て作られるので、メーカーは、電子楽器を製造する際
に、上記の手法により作られた圧縮された波形及び予測
フィルタ係数を電子楽器に組み込むことにより、良好な
音質が得られしかも波形メモリが圧縮された電子楽器を
提供可能となる。

【００３０】また、本発明の各波形ごとに予測フィルタ
係数を記憶する方法とメモリ量との関係は、例えば、１
つの波形の１秒間の波形データを記憶するには数万ポイ
ントのデータが必要であるのに対し、予測フィルタ係数
は各波形に対して１乃至２個程度のデータで足りるの
で、メモリの増加量は少なく著しいメモリの増加には繋
がらない。

【００３１】次に、上記実施例に基づいて作成された波
形及び予測フィルタ係数を搭載した電子楽器について図
面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電子
楽器の全体的な構成を説明する概略ブロック図である。

【００３２】図において、１０はＣＰＵであり、１１は
ＲＯＭ，１２はＲＡＭ、１３は表示部である。また、１
は鍵盤、２は鍵盤スキャン回路、３は操作パネル、４は
パネルスキャン回路、５は楽音信号発生部、６は波形メ
モリである。

【００３３】また、７はデコーダ、８はデジタルコント
ロールフィルタ（以下ＤＣＦという）、９はデジタルコ
ントロールアンプ（以下ＤＣＡという）、１４はデジタ
ル・アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器という）、１５
は増幅器、１６はスピーカである。

【００３４】ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１の図示しないプ
ログラムメモリ部に記憶された制御プログラムに従って
当該電子楽器の各部を制御するとともに、鍵盤１の押鍵
部位に応じて所定のデータを読み出し発音させる制御を
行うものである。

【００３５】ＲＯＭ１１は、上述したＣＰＵ１０を動作
させるプログラムの他、音色データ、その他、種々の固
定データを記憶している。なお、本発明に直接関係する
フィルタ係数は、該ＲＯＭ１１の予測フィルタ係数メモ
リ部２１に記憶されている。

【００３６】ＲＡＭ１２にはＣＰＵ１０の作業用領域、
当該電子楽器を制御するための各種レジスタ、カウン
タ、フラグ、バッファ等が定義されている他、ＲＯＭ１
１に記憶されているデータのうち必要なデータが転送さ
れて一時的に格納されるデータエリアを有している。

【００３７】また、操作パネル３の各キーやスイッチの
設定状態に対応して放音に必要なデータがセットされた
複数のレジスタ、楽音信号発生部５の各楽音発生回路
（ＤＣＯ）を未使用チャンネルに割り付けるためのデー
タを記憶するアサイナメモリ、楽音情報を記憶する記憶
領域等も該ＲＡＭ１２に設けられている。

【００３８】鍵盤１は発生すべき楽音を指定するために
使用されるものであり、複数のキーと、これらのキーの
押鍵・離鍵動作に連動して開閉するキースイッチとで構
成され、演奏者の押鍵・離鍵動作は鍵盤スキャン回路２
によって検出され、検出された信号はＣＰＵ１０の制御
のもとに楽音信号発生部５に送られる。

【００３９】また、当該鍵盤１の押鍵又は離鍵により発
生された演奏情報はＲＡＭ１２の所定のエリアに一時記
憶され所要に応じてＣＰＵ１０により読み出される。

【００４０】鍵盤スキャン回路２は、演奏者の押鍵・離
鍵動作、つまり鍵のオン／オフを検出し、検出したオン
／オフ情報をその鍵番号とともに楽音信号発生部５に伝
えるものである。ＣＰＵ１０は、この鍵のオン／オフ情
報をＲＡＭ１２上に記憶させる。

【００４１】操作パネル３には、電源スイッチの他、音
色選択スイッチ、モード指定スイッチ、メロディ選択ス
イッチ、リズム選択スイッチ等、各種のスイッチや表示
器が設けられている。

【００４２】操作パネル３の各スイッチのセット／リセ
ット状態は内部に含まれるパネルスキャン回路４によっ
て検出されるようになっており、このパネルスキャン回
路４で検出したスイッチのセット状態に関するデータは
ＣＰＵ１０の制御の下にＲＡＭ１２上の所定の領域に記
憶される。

【００４３】また、操作パネル３には、上記各種スイッ
チ類の他、各種情報を表示するための表示器１３が設け
られている。

【００４４】楽音信号発生部５は、ＣＰＵ１０から出力
される信号に対応する楽音波形データ及びエンベロープ
データを波形メモリ６から読み出し、読み出した楽音波
形データにエンベロープを付加して楽音信号として出力
するものである。

【００４５】この楽音信号発生部５は同時発音数に対応
する数のデジタルコントロールオシレータ（以下「ＤＣ
Ｏ」という）で構成されており、１発音ごとに、それぞ
れ異なったＤＣＯにより楽音信号が生成され、デコーダ
７に送られる。

【００４６】なお、楽音信号発生部５には波形データや
エンベロープデータを記憶する波形メモリ６が接続され
ている。

【００４７】デコーダ７は、楽音信号発生部５より送ら
れた波形データを復号化するものであり、本発明の予測
フィルタ係数は、該デコーダ７で波形データが復号化さ
れる際に使用される。

【００４８】ＤＣＦ８はディジタル制御フィルタであ
り、デコーダ７から送られた楽音波形に対して音色変化
を加えるものである。また、ＤＣＡ９はディジタル制御
増幅器であり、ＤＣＦ８から送られた楽音波形に振幅変
調を加えるものである。

【００４９】増幅器１５は、Ｄ／Ａ変換器１４から供給
されるアナログ楽音信号を所定の利得で増幅するもので
ある。この増幅器１５の出力はスピーカ１６に供給され
るようになっている。

【００５０】スピーカ１６は、増幅器１５より送られた
電気信号としてのアナログ楽音信号を音響信号に変換す
るものである。つまり、発生された楽音信号に応じて楽
音を放音するものである。

【００５１】係る構成において、演奏が開始されると、
押鍵検出部２を介して接続されている鍵盤１から入力さ
れた押鍵／離鍵データと、パネルスキャン回路４を介し
て接続された操作パネル３で設定された発音条件がＲＡ
Ｍ１２に一時記憶される。

【００５２】そして、所定のタイミングになると、ＲＡ
Ｍ１２に保存されている鍵盤データとパネルイベントデ
ータがＣＰＵ１０により読み出され、演算加工されて楽
音信号発生部５に与えられ、圧縮された楽音信号がデコ
ーダ７に与えられて復号化され、元波形が生成される。

【００５３】次に図４を参照しながら本発明の電子楽器
のデコーダ７の復号化の流れについて説明する。

【００５４】本発明の復号化に直接関連する部分は、圧
縮された波形を記憶する波形メモリ６と、該圧縮された
波形を復号化する際に読み出されるフィルタの予測フィ
ルタ係数を記憶する予測フィルタ係数メモリ部２１と、
ＤＰＣＭ復号化を行うＤＰＣＭ復号化部２２で構成され
る。

【００５５】係る構成において、例えば鍵盤１が押下さ
れたことが検出されると、ＣＰＵ１０の制御のもと、楽
音信号発生部５は該当する波形データを波形メモリ６よ
り読み出し楽音信号が生成され、デコーダ７に送られ
る。

【００５６】一方、ＣＰＵ１０は、楽音信号発生部５が
読み出した波形に対応する予測フィルタ係数を予測フィ
ルタ係数メモリ部２１より読み取り、ＤＰＣＭ復号化部
２２に送る。

【００５７】ＤＰＣＭ復号化部２２は、これに基づいて
復号化して楽音波形を生成する。なお、復号化の動作に
ついては図５で詳述する。

【００５８】図５はデコーダ７の構成を説明する図であ
る。図のようにデコーダ７は、量子化幅制御ブロック２
０１と、遅延レジスタ２０２、２０３、乗算器２０４、
２０５、加算器２０６、２０７で構成される。

【００５９】係る構成において、楽音信号発生部５が波
形メモリ６より読み出した圧縮された波形をデコーダ７
に送ると、デコーダ７では、先ず量子化幅制御ブロック
２０１が量子化幅（振幅）を制御して送出する。

【００６０】この際、同時にＣＰＵ１０は、楽音信号発
生部５の読み出した楽音波形に関連付けられている予測
フィルタ係数値を予測フィルタ係数メモリ部２１より読
み出し、デコーダ７の各乗算器の係数としてＫ０，Ｋ１
にセットする。

【００６１】これにより、遅延レジスタ２０２、２０３
に記憶されているデータが読み出され、乗算器２０４、
２０５で所定の演算が施された後、加算器２０６に送ら
れて加算され、所望の予測値が求められる。

【００６２】該予測値は、加算器２０７に送られ入力デ
ータに加算されて元の楽音波形が生成され、ＤＣＦ８に
送られる。

【００６３】なお、これらの動作は、楽音信号発生部５
より波形データが送られた都度繰り返されるものであ
り、加算器２０７で加算され送出された波形の一部は遅
延レジスタ２０２、２０３に順次取り込まれ、前回、前
々回の波形のデータとして、遅延レジスタ２０２、２０
３に記憶される。

【００６４】このようにして、本発明によれば常に各波
形に応じた最適な予測フィルタ係数によって波形の符号
化や復号化が行われるので、若干のメモリ増加で音質の
よい楽音を得ることが可能となる。

【００６５】なお、本発明のエンコーダやデコーダは２
次の場合を例に説明しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。また予測フィルタ係数メモリをＲＯ
Ｍに設けているが、該メモリは例えば楽音信号発生部５
等、その他の位置に設けてもよい。

【００６６】次に、本発明をＡＤＰＣＭ方式で圧縮する
波形に適応する場合について説明する。

【００６７】ＡＤＰＣＭ方式とは、適応量子化を用いた
差分ＰＣＭ方式であり、量子化幅を振幅値に応じて適応
的に制御するため、ＤＰＣＭ方式に比べてより高性能な
符号化ができる高能率符号化方式として用いられてい
る。

【００６８】しかしながら、該ＡＤＰＣＭ方式を本発明
に適用した場合の実際の装置の構造や動作は、ＤＰＣＭ
に適用した場合と殆ど同じであり、相違点は信号の符号
化及び復号化の部分のみである。従って、同一動作を行
う部分については説明を省略し、相違点についてのみ説
明する。

【００６９】図６は本発明にＡＤＰＣＭ方式を適用した
場合の波形の圧縮手順を説明する図である。図のように
フィルタ係数決定の際にＤＰＣＭ方式と異なるのは、予
測フィルタブロック６０のＤＰＣＭ符号化部６１がＡＤ
ＰＣＭ符号化部６３に代わったのみであり、ＡＤＰＣＭ
方式による符号化の方法は既知の技術である。

【００７０】従って、ＤＰＣＭ方式の場合と同様に、任
意にフィルタ係数を設定してＡＤＰＣＭ符号化方式に基
づいて波形を符号化し、これを再生してチェックする動
作を試行錯誤的に繰り返し、好適な予測フィルタ係数を
選択すればよい。

【００７１】また、本発明による波形を電子楽器に搭載
した場合も、図７に例示するようにＤＰＣＭ符号化部２
２がＡＤＰＣＭ符号化部２３に代わったのみであり、Ａ
ＤＰＣＭ方式による符号化の方法は既知の技術であり、
動作手順はＤＰＣＭの場合と同じである。

【００７２】このようにして、本発明によればＡＤＰＣ
Ｍ方式により圧縮され符号化された波形においても、該
波形を生成する際に使用された最適の予測フィルタ係数
を使用して復号化できるので、ＤＰＣＭ符号化の場合よ
り更に品質の良い楽音を得ることが可能となる。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればＤ
ＰＣＭ符号化方式やＡＤＰＣＭ符号化方式で圧縮された
波形を搭載した電子楽器において、品質のよい楽音を得
ることの可能な電子楽器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子楽器の全体構成図である。

【図２】本発明に係る予測フィルタ係数算出の動作を説
明する図である。

【図３】本発明に係るエンコーダの動作を説明する図で
ある。

【図４】本発明に係るデコーダの動作を説明する図であ
る。

【図５】本発明に係るデコーダの構成を説明するブロッ
ク図である。

【図６】ＡＤＰＣＭ方式を採用した場合の予測フィルタ
係数算出の動作を説明する図である。

【図７】ＡＤＰＣＭ方式を採用した場合のデコーダの動
作を説明する図である。

【符号の説明】

電子楽器 １ 鍵盤 ２ 鍵盤スキャン回路 ３ 操作パネル ４ パネルスキャン回路 ５ 楽音信号発生部 ６ 波形メモリ ７ デコーダ ８ ＤＣＦ ９ ＤＣＡ １０ ＣＰＵ １１ ＲＯＭ １２ ＲＡＭ １３ 表示部 １４ Ｄ／Ａ変換器 １５ 増幅器 １６ スピーカ ２１ 予測フィルタ係数メモリ ２２ ＤＰＣＭ復号化部 ２３ ＡＤＰＣＭ復号化部 ２０１ 量子化幅制御ブロック ２０２、２０３ 遅延レジスタ ２０４、２０５ 乗算器 ２０６、２０７ 加算器 汎用計算機 ５０ 予測ブロック ５１ 予測フィルタ係数算出部（予測フィルタ係数算
出手段） ５２ 予測フィルタ係数メモリ（予測フィルタ係数記
憶手段） ６０ 予測フィルタブロック（エンコーダ） ６１ ＤＰＣＭ符号化部（符号化手段） ６２ 波形メモリ（波形記憶手段） ６３ ＡＤＰＣＭ符号化部（符号化手段） ６１１、６１２ 遅延レジスタ ６１３、６１４、６１５ 乗算器 ６１８ 量子化ブロック

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年３月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 差分ＰＣＭ方式または適応差分ＰＣＭ方
   式で圧縮された波形の再生を行う電子楽器において、該
   電子楽器に記憶される波形は、該波形を生成する際に使
   用された予測フィルタ係数とともに記憶され、各波形ご
   とに所定の予測フィルタ係数を用いて楽音が再生される
   ことを特徴とする電子楽器。
2. 【請求項２】前記波形及び予測フィルタ係数は、元波形
   をサンプリングし、予測フィルタ係数を算出する予測フ
   ィルタ係数算出手段と、 前記予測フィルタ係数算出手段により算出された予測フ
   ィルタ係数を記憶する予測フィルタ係数記憶手段と、 前記予測フィルタ係数算出手段により算出された予測フ
   ィルタ係数に基づき元波形を符号化して圧縮する符号化
   手段と、 前記符号化手段により符号化された波形を記憶する波形
   記憶手段と、 により設定され、予め予測フィルタ係数及び圧縮された
   波形が設定されていることを特徴とする請求項１記載の
   電子楽器。