JPS5816198B2 - 電子楽器 - Google Patents

電子楽器

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JPS5816198B2
JPS5816198B2 JP51036756A JP3675676A JPS5816198B2 JP S5816198 B2 JPS5816198 B2 JP S5816198B2 JP 51036756 A JP51036756 A JP 51036756A JP 3675676 A JP3675676 A JP 3675676A JP S5816198 B2 JPS5816198 B2 JP S5816198B2
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知花昌信
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Nippon Gakki Co Ltd
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H7/00Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs
    • G10H7/08Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs by calculating functions or polynomial approximations to evaluate amplitudes at successive sample points of a tone waveform
    • G10H7/10Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs by calculating functions or polynomial approximations to evaluate amplitudes at successive sample points of a tone waveform using coefficients or parameters stored in a memory, e.g. Fourier coefficients
    • G10H7/105Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs by calculating functions or polynomial approximations to evaluate amplitudes at successive sample points of a tone waveform using coefficients or parameters stored in a memory, e.g. Fourier coefficients using Fourier coefficients

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は非調和音を発生する電子楽器に関する。
一般に、自然楽器の音は、基本波成分に対し真の高調波
関係にない倍音成分もしくは部分音成分を含んでおり(
非調和音)、その非調和性によって音色を特徴づけてい
る。
このような非調和性の楽音を発生する電子楽器として、
特願昭49−73143号(特開昭5O−36109)
出願明細書中に記載されたものがあるが、その技術は次
の点において発生音の非調和性に制約があった。
上記出願明細書中に記載された技術においては、・楽音
のフーリエ成分振幅p(n)は次式に従って計算される
F(n)二〇n51nζ(nqR+vJq)・・・・・
・(1)ただし、nはフーリエ成分の次数でrr=1.
2゜・・・W、Coは各フーリエ成分の振幅係数、qは
所定時間間隔で1.2.3・・・と増加する時間要素、
Rは楽音の基本周波数に比例した数値、■はフーリエ成
分の次数に対応する数でv−n−1,Jは定数であり、
rnqRjは正確な高調波関係にある各フーリエ成分の
位相分に相当し、「■Jq」は各フーリエ成分の真の高
調波関係からの周波数偏移(ずれ)に相当する位相要素
である。
すなわち、真の倍音成分子nqRJにずれ成分子vJq
Jを加算することにより非調和音を得ている。
しかしこの技術においては周波数偏移を設定する要素は
定数Jだけであるので、各倍音成分相互の周波数偏移の
関係は常に一定であり、各倍音の周波数偏移量を個々に
独立して設定することはできなかった。
つまり、第1表に示すように、 常に、基本波のずれはなく、2倍音のずれはJq、以下
倍音次数が大きくなるにともない周波数偏移量が正確に
倍増してい匂換言すれば、高次の倍音は低次の倍音より
も常に大きな周波数偏移をもつ。
従って、上記のよ・うな従前の技術においては、各倍音
(9パシ分音)間の非調和性の関係が一定であり、その
ため、実現できる楽音(非調和音)に制約があった。
この発明の目的は、楽音を構成する各部分音の周波数偏
移量を各部分音別に独立に設定できるようにすることに
より種々の複雑な非調和音を実現できるようにすること
である。
この発明によれば、楽音波形の順次せンプル点毎に該楽
音波形を構成する各部分音の振幅を計算しこれら各部分
音振幅を加算するようにした部分音合成方式の電子楽器
において、楽音波形サンプル点振幅値X。
(qR)は例えば次式に従って求められる。
ここで、F(n)は楽音を構成する各部分音の振幅nは
部分音の次数でn=1,2,3・・・W、Cnは各部分
音の振幅係数、qは所定時間間隔で1.礼3・・・と増
加する時間要素、Rは楽音の基本周波数に比例した数値
、G(n)は各広部分音に個々に対応する値G(1)
、 G(2) 、 G(3)・・・をもつ係数で、周波
数偏移量を各部分音毎に独立に設定するもの、kは所定
時間間隔で1.2.3・・・と増加する時間要素で、普
通qよりも長い時間間隔をもつもの、Jは周波数偏移率
を設定する係数である。
従って、rnqRJは正確な高調波関係にある各部分音
(n−1,,2,・・・W)の位相要素に相当し[Cn
)・kJJは各部分音の周波数偏移量に相当する位相要
素である。
この場合、G(n)の値は各部分音毎に任意に独立に設
定できるものであるので、周波数偏移は各部分音毎に任
意に独立して設定されることになり、複雑な非調和関係
を自在に実現することができるようになる。
また、変数には変数qとは異なることもこの発明に関す
る第2式が前記第1式とは異なる点であるが、これは後
述するように演算回路容量を縮小するという利点をもた
らす、つまり、周波数偏移量はその正規の倍音周波数か
ら見れば僅かなものであるので、偏移量rG(n)・k
Jjの値は正規周波数分「nqR」の値に比べて小さい
そこで、従前技術の第1式のように偏移tJvJqJの
分解塵を変数qに依存させると、定数Jの値を小さな値
に設定しなければならず、これをqの時間間隔で頻繁に
演算しなければならないので、演算回路の容量(必要ビ
ット数)が多く必要である。
これに対し、第2式のように、偏移量rG(n)・kJ
Jの分解塵を時間間隔の長い変数kに依存させると、演
算回路の必要ビット数が少なくて済み、回路容量を縮小
することができる。
実施例においては、時間要素qがサンプル点計算時間パ
ルスtxによって設定され、時間安素kがパルスtmに
よって設定される。
また周波数偏移係数Jを定数とした場合、各部分音の周
波数偏移は時間的に不変である。
しかし、係数Jは時間の関数J(t)とすることもでき
る。
時間の関数で表わされた周波数偏移係数J (t)を用
いれば、各部分音の周波数偏移を時間的に変化させるこ
とができる。
つまり、楽音の非調和性を時間的に変化させることがで
きる。
周波数偏移係数JとG(n)の異なるてんは、G(n)
が各広部分音に個々に独立して対応する係数であり、J
が各部分音に共通な係数であるという点である。
前記第2式において、各部分音p(n)はフーリエ成分
(正弦関数)として表わされている。
しかし、この発明において部分音とは、必らずしもフー
リエ成分に限定されるものではなく、下記第3式に示す
ように任意の関数fHによって表わすことができる。
この場合、実施例において示した正弦関数メモリを関数
f()のメモリに置換えればよい。
関数f()としては、例えば鋸歯状波、三角波、方形波
などの関数を用いることができる。
以下図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明する
第1図に示す電子楽器10の大半の回路構成及び作用は
、特願昭47−65873号(特開昭48−90217
号)明細書中に開示されたものと同様であるが、この発
明はさらに周波数偏移装置11と加算器12を具えてい
る。
周波数偏移装置11の詳細は第2図に示されている。
第1図の例では部分音波形記憶装置13として正弦関数
メモリを使用し、この電子楽器10が前記第2式に従っ
て楽音を発生するものとする。
電子楽器10は、鍵盤スイッチ14において選択された
楽音を音響系15を介して発生するように動作する。
この楽音発生は、鍵盤スイッチ14で選択された音の楽
音波形の順次サンプル点振幅における各部分音(この例
ではフーリエ成分)の振幅を各別に計算し、これらの部
分音成分振幅値を累算器16において代数的に加算する
ことにより実行される。
累算器16で得たサンプル点振幅はライン17のサンプ
ル点計算時間パルスtXによって開放されるゲート18
を介してデジタル−アナログ変換器19に加えられ、該
サンプル点振幅のアナログ電圧が音響系15に供給され
る。
次いで次の楽音波形サンプル点の振幅計算が始められ、
かくして、楽音波形の順次サンプル点振幅が実時間で計
算され、発生される。
計算された波形の周期、すなわち発生される音の基本周
波数は鍵盤スイッチ14により選択される周波数ナンバ
Rにより決定される。
楽器の各音C1〜C7に対応する]揃いの周波数ナンバ
Rが周波数ナンバメモリ20に記憶されている。
発生される楽音の音色特性はメモリ21に記憶され、各
サンプル点におけるフーリエ成分の計算に使用される1
揃いの高調波係数Cnにより決定される。
一般に、楽音を合成するには16個のフーリエ成分(W
=16 )で充分である。
電子楽器10は時間txの間に各サンプル点に対する振
幅値X。
(qR)を計算することによって第2式の演算を実行す
る。
W=16個の成分の各各に対する各別のフーリエ成分振
幅p(n)はクロック発生器22とカウンタ23によっ
て決定される連続的な時間t。
、1〜’CT)10の間に別々に計算される。
最初の時間t。、1において基本波(第1次部分音)の
振幅F(1)が計算される。
この値F(1)は累算器16に入れられる。
次の時間t。、2において第2次フーリエ成分(すなわ
ち、第2次部分音)の振幅F(2)が計算され累算器1
6の内容に加算される。
時間t において第3次部分音振幅F(3)CI)a が計算され累算器16に加算される。
この動作は全てのW個のフーリエ成分が計算された時に
終了する。
この終了時に累算器16に含まれる代数和はqRの値に
よって指定されるサンプル点に関する振幅X。
(qR)に対応する。前述のように、累算器16の波形
振幅X。
(qR)は計算時間tXの終りにデジタル−アナログ変
換器19に加えられる。
ついで累算器16はライン17の信号tXによりクリア
され、次のサンプル点における振幅の計算が開始される
qRの値が増加されW個の部分音成分振幅F(n)が新
らしいqFtの値により指定されるサンプル点に対して
計算される。
このようにして全波形が形成され、音響系15は振幅計
算がなされるにしたがって楽音を発音する。
第1図のシステムにおいて、音加算器24はサンプル点
を識別するq、Hの値を含む。
このqRの値は選択された周波数ナンバRを加算器24
の以前の内容に加えることにより各計算時間txの始め
に増大される。
選択されたRの値はライン17のtx倍信号よって開放
されるゲート25を介して加算器24に供給される。
加算器24はN進であることが好ましい。
ただしNは任意の音に関する周波数ナンバ1(とその音
の周期尚りのサンプル点の数の積である。
また、少なくともN=2Wであることが望ましい。
各フーリエ成分を計算するためのnqR(n=1゜2、
・・・・・・、W)の値は、各サンプル点振幅計算周期
毎にパルスtxによってクリアされる高調波加算器26
で得られる。
新らしい周期の第1のクロックパルスt。
0.の発生時に、音加算器24に含まれる現在のqRの
値はライン27及びデー]・28を介して高調波加算器
26に入力される。
クロック発生器22からのクロックパルスt。
、の発生時間ごとに、qRの値が加算器26の内容に加
えられる。
その結果、高調波加算器26は現在計算されている第n
次フーリエ成分に関する値nqRを含む。
高調波加算器26もまたN進であることが好ましい。
周波数偏移を施すために、各部分音(n=1゜2、3−
・−・−W (16))の正規の位相データrnqRJ
は高調波加算器26から加算器12に順番に加わり、そ
こで同じタイミング(クロックパルスt c p)で与
えられる各部分音の周波数偏移データr G(n)・k
JJと夫々加算される。
加算器12の出力r n q R+G(n)・kJjは
メモリアドレスデコーダ29に加わり、正弦関数メモリ
13から各部分音(n=1.2,3.・・・・・・16
)に対応するフーリエ成分値s+nw(n q R+G
(n)・kJ )が読み出される正弦関数メモリー3は
、モジュロNのアドレス人力r n q R+G(n)
・kJJに対応したN個のアドレスに正弦波形の順次サ
ンプル点の振幅値をデジタル値で記憶したリードオンリ
イメモリである。
ライン30を介してメモリー3から順番に(パルスt。
、のタイミングで)出力される各部分音(n=1.2.
3・・・・・・16)の正弦振幅値sln w (n
q R+G (n ) ・k J ’:’は高調波振幅
乗算器31において第n次部分音に対応する振幅係数C
nと夫々乗算される。
その積は第n次部分音成分の振幅p(n)を表わし、ラ
イン32を介して累積器16に供給される。
ライン33を介して部分音計算タイミングパルス1(1
,1)を受ける Cp Cp+ CI)t6 アドレス制御装置34により高調波係数メモリ21から
適当な係数Cpが読み出される。
周波数偏移データrG(n)・kJ Jはライン35を
介して周波数偏移装置11から加算器12に供給される
第2図の周波数偏移装置11において、クロック発生器
36はクロックパルスtmを発生する。
クロックパルスtmはサンプル点計算時間パルスへより
も遅いことが望ましく、しかも何番目かのパルスtxに
同期して発生することが望ましい。
従って、例えばライン17からのパルスtxの周波数を
Mに分周してパルスtmを得るようにクロック発生器3
6を構成するとよい。
つまり、パルスtmの周期はtm=M−tx(但しMは
任意の整数)である。
レジスタ37は周波数偏移係数J(第2式参照)を記憶
しているもので、クロックパルスtmのタイミングで開
放されるゲート38を介して係数Jは加算器39に繰返
し加えられる。
加算器39は前の加算結果を保持し、その加算結果に対
してゲート38から加わる係数Jを次々に加算する。
従って、加算出力kJはクロックパルスtmに従って、
IJ 、 2J 、 3J 、 4J・・・・・・と順
番に増加し、この加算出力kJは乗算器40に加わる。
部分音別周波数偏移係数メモリ41は各部分音(この例
ではフーリエ成分)の次数n−1,2゜3・・・・・・
16に対応して夫々任意所望の周波数偏移係数G(n)
−= G(1) 、 G(2) 、 −・・G (16
)を各別に記憶しているもので、ライン33を介して加
わる部分音針X時間パルスt。
詮受けてメモリアドレス制御回路42がその読み出しを
制御する。
従って、電子楽器10の各部分音計算時間1 .1
CI)I CI)2 t 、・・・・・・t に対応して各広部分音の
周Cp3 C1)+6 波数偏移係数G(1) 、 G(2) 、 G(3)
、・・・・・・G(16)がメモリ41から順番に読み
出され、ライン43を経て乗算器40に加わる。
従って、乗算器40では乗算積r G(n)・kJJが
求められ、これがライン35を経て加算器12に加わり
各部分音の計算時間t 〜t 毎に[n q、R
−1−G(n) ・k J Jを得Cp1 CF2
O る。
つまり、r q R+G(Ij・kJ J 、 r 2
qR+G(2)・岨」。・・・・・・r 16 qR+
G(16)・kJJを順番に得る。
各部分音周波数偏移係数G(1)〜G(1,6)は相互
に制約されることなく、全く任意所望の値とすることが
できる。
メモリ41に記憶した1揃いの周波数偏移係数G(n)
(G(1)〜G (16) )はライン44を介して
別の1揃いの係数G(n)に書替えることができ、演奏
者の要望に応じて任意の値の周波数偏移係数G(n)を
設定することができる。
ところで、周波数偏移データr G(n)・kJ」は加
算器12で加算される値nq、Rと同じモジュロNで表
わされるデータでなければならない。
その理由を第3図、第4図を参照して説明する。
第3図aに示すモジュロ6のデータ(nqR)と同図す
に示すモジュロ6のデータ(G(n) 、 kJ )を
加算すると(加算器12)、同図Cに示すようにその加
算結果(n q R+G(n)・kJ)も同じモジュロ
6とすることができる。
つまり加算器12の出力を同じモジュロNとすることが
できるのである。
かくて、前述のように正弦関数メモリ13がアドレス数
Nであるので、予定通りにsin w (n q R+
G(n) ・k J 〕を読み出すことができるのであ
る。
なお、第3図aの周波数(nqR)を3.bの周波数(
G(n) ・kJ )を2とすると加算の結果得る周波
数(nqR+G(n)・kJ)は5であり、このことか
ら、ライン35に供給される周波数偏移データ「G(n
)・kJJが周波数偏移量を決定するものであることが
理解できるであろう。
上記の例に対して、第4図aのモジュロ6のデータと同
図すのモジュロ4のデータ、つまりモジュロの異なる変
数データを加算すると、その加算結果をモジュロ6とし
て取扱っても(同図C)、モジュロ4として取扱ったと
しても(同図a)、全く出鱈目な変化となってしまう。
従って、加算器12の両人力データのモジュロは一致し
ていなければ使いものにならないことが理解できるであ
ろう。
i数G(n)・kJ力≦モジュロNで表わされねばなら
ないので、乗算器40はモジュロN(N進)の乗算器と
して構成されていなければならない。
この実施例において変数nqRがモジュロN=2W=2
X16=32であるとすると、乗算器40のモジュロも
32である。
モジュロNつマリモジュロ32の乗算器40は簡単に構
成することができる。
すなわち、乗算器40の出力が2進の” o o o
o o ’“から’ 11111 ”までの32通りに
変化しうるように、10進で1から16までのウェイト
値をもつ上位5ビツトの乗算積をライン35に出力する
ように構成する。
ここで、一方の乗算器人力G (n )は定数として取
扱えるが、他方の乗算器入力kJは時間的に変化する変
数として取扱われる。
そこで、変数kJを発生する加算器39には、一見、無
限大ビットを必要とするように思えるが、実はそうでは
ない。
加算器39の出力ビツト数は一方の乗算器人力G(n)
の最小値(但しOを除く)に応じて制限されるのである
例えば部分音周波数偏移係数G(n)のとり得る値が0
、20.2”−1、2−2,2”−3、2−’ 、 2
−5゜2−6の8種類であるとする。
つまり、W=16個の部分音周波数偏移係数G(1)〜
G(16) には上記8種類の値のどれわが適宜割当て
られるものとする。
また周波数偏移係数Jが1であるとする。つまり、加算
器39の出力kJが、パル21m毎に、0.1,10,
11,100,101.・・・・・そ増加スるとする。
従ってモジュロ32の乗算器40の最大出力” 111
11 ” (10進の31)のとき、係数G(n)の各
位につき変数kJがとるべき値は、下記表の通りである
つまり係数G(n)がO以外の最小値2−6のとき変数
k。
■が”11111111111”であれば、乗算積G(
n、) ・kJは’11111000000” であり
、10進の31となる。
従って、部分音周波数偏移係数G(n)の最小値が2−
6の場合は、変数kJを発生する加算器39の出力ビツ
ト数を11ビツトにすれば(すなわちモジュし2048
の加算器とすれば)乗算器40のモジュロを32進とす
ることができる。
なお、周波数偏移を施さない部分音に関しては、その係
数をG(n)−0とすることはいうまでもない。
ところで、加算器39の内容はゲート38を制iするク
ロックパルスtmのタイミングで増加する。
従って、同じ内容の周波数偏移データG(n)・kJ
を得る場合、パルスtmを速くすると係数Jの値を小さ
くする必要がある。
このため、前記第1式に示した従来技術のように周波数
偏移データの時間要素としてqを用いると(つまりゲー
ト38をパルスtxで制御したとすると)、Jの値を小
さくしなければならず、これはモジュロ2048の出力
を得る加算器39の構成を有効桁である11ビツトより
も更に下位に多数のビットを増やさねばならない構成と
しなければならない。
この点から明らかなように、この発明においてサンプル
点計算時間パルスへよりも遅いクロックパルスtmを用
いることは演算回路のビット数を減らすという利点があ
る。
なお、以上の説明では周波数偏移係数Jを定数として取
扱った。
しかし、先に説明したようにJとして時間の関数J (
t)を用いることができる。
この場合レジスタ37は、ある種の関数発生器、具体的
には読み出し制御回路を具えた関数J(t)を記憶した
メモリによって構成される。
鍵盤スイッチ14の出力をオア回路45(第1図)に入
力し、鍵が押された場合オア回路45からキーオン信号
KONを得る。
このキーオン信号KONをJ(t)メモリ(レジスタ)
37に入力し、押鍵開始と共に読み出しアドレスを進め
て、記憶した周波数偏移係数J (t)を順次読み出す
従って、ライン35には値G(n)・kJ (t)が出
力され、累算器16から出力されるサンプル点振幅X。
(qR)の値はである。
このように、押鍵後の時間経過とともに係数Jの値が変
化することは、各部分音の周波数偏移量が時間的に変化
する(例えはアタック、ディケイ等の楽音音量の振幅エ
ンベロープの変化と共に変化する)ことを意味する。
従って、時間的に非調和性が変化する複雑な非調和音を
得る。
先に説明したように、電子楽器10において部分音計算
時間’Cps−tCp16毎に泪算する部分音成分をフ
ーリエ成分以外の波形f()とする場合、正弦関数メモ
リ13を必要な部分音波形メモリに置換えるだけでよい
以上説明したようにこの発明によれば、楽音を構成する
各部分音毎に独立して周波数偏移量を設定することがで
きるので、複雑な非調和音を自在に実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の電子楽器の一実施例を示すブロック
図、第2図は同実施例の主要部である周波数偏移装置の
詳細を示すブロック図、第3図は正規の周波数分と周波
偏移分の変数データ(位相データ)のモジュロが一致し
ている必要があることをモジュロ6を一例として説明す
るグラフ、第4図は正規周波数分と周波数偏移分の変数
データのモジュロが不一致の場合に誤動作することをモ
ジュロ6とモジュロ4を一例として説明するグラフであ
る。 10・・・・・・電子楽器、11・・・・・・周波数偏
移装置、12・・・・・・加算器、13・・・・・・正
弦関数メモリ(部分音波形メモリ)、37・・・・・・
係数Jレジスタ(関数J (t)メモリ)、41・・・
・・・部分音別周波数偏移係数メモリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 楽音波形の順次サンプル点における振幅が該楽音波
    形を構成する各部分音成分を個々に演算しこれらの各部
    分音成分を加算することによって算出される電子楽器に
    おいて、時間経過に従って変化する値を発生する変数発
    生回路と、前記値を各部分音に対応する係数によってそ
    れぞれ変調する変数変調回路とを具え、この変数変調回
    路の出力に応じて対応する各部分音の正規の周波数を各
    別に偏移させるようにした電子楽器。 2 前記変数発生回路が、周期的に変化する値kJを発
    生する回路と、値kJの周期を時間経過゛に従って変調
    しうる回路とを含む回路であり、前記変数変調回路が、
    各部分音次数nに各別に対応する周波数偏移係数G(n
    )を夫々発生する回路と、前記変数kJと係数G(n)
    とを乗算することにより前記周規を各部分音別に変調す
    る乗算器とを含む回路であり、前記乗算器の各部分音別
    出力G(n) 。 kJの変化周期に応じた周波数だけ各部分音の正規の周
    波数が各別に偏移されるように各部分音成分の演算が行
    なわれる特許請求の範囲第1項記載の電子楽器。
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