JPS583238B2

JPS583238B2 - 電子楽器

Info

Publication number: JPS583238B2
Application number: JP51123440A
Authority: JP
Inventors: 知花昌信
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1983-01-20
Also published as: JPS5348721A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、楽音を構成する各成分を所定レベルで適宜
合成することにより楽音を発生するようにした電子楽器
に関し、とくに上記各成分のレベルを設定する係数番発
生する装置の改良に関する。

楽音の各高調波成分（１次からＷ次）のサンプル値を演
算により順次求め楽音を発生させる形式の電子楽器の原
理は、特開昭４８−９０２１７号公報（米国特許第３３
０９７８６号公報）によって公知にされている。

この電子楽器は、楽音の高調波成分毎にサンプル値を求
め、各高調波成分のレベルを決定する係数をメモリから
読み出して対応する高調波成分のサンプル値に乗算し、
この係数を乗じた各高調波成分のサンプル値を累算して
楽音のサンプル値を得るように構成したものである。

この電子楽器はデイジタル的構成を採用しており優れた
ものであるが、この場合楽音の音色の変化、たとえば音
色の時間的変化については考慮が払われておらず、自然
楽器に匹敵する豊かな楽音は得られないという問題を残
している。

このような問題は、各高調波成分のサンプル値に乗じる
係数をそれぞれ独立して時間的に変化させて楽音の各高
調波成分の相対レベルを時間的に変えることによって解
決できるものであり、このような技術的思想に基づいて
構成した電子楽器は特開昭５１−４３９１２号公報によ
ってすでに公開されている。

この既提案の電子楽器は自然楽器に類似した楽音を発生
できるものであるが、係数の演算に関して問題が残され
ている。

すなわち、係数は演算によって求められるが、その演算
速度が著しく高く、演算装置の実現に困難があるという
ことである。

この点について、第１図を参照して説明する。

楽音のサンプリング間隔をＴ１とし、高調波次数を１６
とすると、各高調波成分のサンプル値の演算時間、すな
わち高調波演算タイミングはＴ１／１６（＝Ｔ２）とな
る。

一般に、この時間Ｔ２は相当に短かく各高調波成分のサ
ンプル値の演算速度はかなり高速になる。

しかるに、この短かい時間Ｔ２内においてさらに高速で
係数の演算を実行する必要があるため係数演算装置の実
現には極めて多くの困難が伴う。

換言すれば、係数演算装置を構成するデバイスの応答速
度よって演算内容が制約されてし才い、最適な係数を得
るのは容易でない。

また高価な高速デバイスを要するために電子楽器のコス
トが上昇するという問題がある。

この発明は叙上の如き問題点を改善した電子楽器を提供
することを目的とするものである。

すなわち、発明者は自然楽器の楽音について詳細に検討
した結果、音色の変化は比較的緩漫であるという事実を
つかむに至り、この事実に着目して従来技術の問題点の
解決手段を見出したものである。

しかして、この発明によれば、各高調波成分のサンプル
値は従来通り高速タイミングで演算され、他力、各高調
波成分のサンプル値に乗じる係数は低速タイミングで演
算されメモリ等に一時的に記憶される。

そして、係数はメモリから上記の高速タイミングで読み
出されて対応する高調波成分のサンプル値と掛け合わさ
れる。

ｊ以下、この発明を一実施例によっ
て詳細に説明する。

第２図はこの発明による電子楽器の全体的構成を示すブ
ロック図である。

この電子楽器は、音響装置１１を通じて楽音を発生する
ものであり、楽音の音高はキーボードスイッチ群１０中
のキーボードスイッチの閉成によって選択される。

音響装置１１には、楽音信号のサンプル値が順次入力さ
れるが、各サンプル値は一定のタイムインターバルｔｘ
毎にデイジタル的に演算されその後アナログ値に変換さ
れて音響装置１１に入力される。

楽音信号の基本周波数は、キーボードスイッチ群１０で
選んだ周波数情報Ｒによって設定されるもので、発音す
べき全ての楽音に対する周波数情報Ｒが周波数情報メモ
リ１２にストアされている。

楽音信号の各サンプルポイントにおけるナンプル値Ｘ０
（ｑＲ）は、次のフーリエ級数展開式にしたがって算出
される。

ただし、ｑはサンプルポイントを示す整数でありタイム
インターバルｔｘ毎に増大する。

数を示す整数、Ｃｎ（ｔ）はｎ次（ｎ＝１，２，……，
Ｗ）高調波のレベルを決める係数で後述のように時間関
数である。

個々の高調波成分のサンプル値につぎつぎに累積される
。

かくしてタイムインターバルへの終点で、ｑＲで定義さ
れるサンプルポイントのサンプル値Ｘ。

（ｑＲ）がアキュムレータ１３内に求まり、このサンプ
ル値Ｘ０（ｑＲ）はただちにゲート１４を介してデイジ
タル／アナログジンバータ（Ｄ／Ａコンバータ）１５に
送られる。

このＤ／Ａコンバータ１５はディジタル量として入力さ
れたサンプル値Ｘ０（ｑＲ）をアナログ電圧に変換して
音響装置１１に供給する。

つぎに、各部の構成について詳細に説明する。

２０は発振器であり、各高調波成分のサンプル値Ｆ（ｎ
）の演算インターバルｔｃを規定するタイミング信号（
以下ｔｃと記す）を発生する。

Ｎ／２カウンタ２２はタイミング信号ｔｃをＮ／２分周
（Ｗ分周）したタイミング信号（以下ｔｘと記す）をつ
くるもので、このタイミング信号ｔｘは前記のサンプル
値Ｘｏ（ｑＲ）の演算インターバルｔｘを規定する。

キーボードスイッチ群、１０のうちのいずれかのキーボ
ードスイッチが閉じられると、対応する周波数情報Ｒが
メモリ１２から読み出される。

この周波数情報Ｒは、タイミング信号ｔｘによってゲー
ト２４が開かれるたびにモジュロＮの加算器２５に入力
され累積加算される。

なお、加算器２５は楽音信号の演算開始前はリセットさ
れている。

したがって、第１サンプルポイントのサンプル値Ｘｏ（
１Ｒ）を演算する期間は、この加算器２５の内容は１Ｒ
であり、次のサンプルポイントの演算開始時点ではその
内容が２Ｒになる。

つまり、この加算器２５にはサンプルポイントを定義す
る情報ｑＲが３セットされる。

この情報ｑＲは、ゲート２７を通じてタイミング信号ｔ
ｃ毎にアドレスカウンタ（モジュロＮ）２８に入力され
る。

このカウンタ２８はタイミング信号ｔｘによってクリア
されており、各サンプル値Ｘ０（ｑＲ）の演算インター
バルｔｘ内に入力される情報ｑＲを累積計数する。

すなわちカウンタ２８の内容は、第１次高調波のサンプ
ル値Ｆ（１）の演算インターバルではｑＲ、第２次高調
波のサンプル値Ｆ（２）の演算インターバルでは２ｑＲ
，・・・・・・，第ｎ次高調波のサンプル値Ｆ（ｎ）の
演算インターバルではｎｑＲとなる。

をストアしているもので、例えば読出専用メモリである
。

アドレスデコーダ３０はメモリ２９をアクセスしアドレ
スカウンタ２８の内容ｎｑＲＡと対応ンプル値を示すが
、この段階では各サンプル値のレベルは時間に関係なく
一定である。

力され、ここで対応する係数Ｃｎ（ｔ）と掛け合わされ
時間的なレベル変化が付与されたサンプル値のサンプル
値Ｆ（ｎ）はアキュムレータ１３で累積加算され各サン
プルポイントのサンプル値Ｘ０（ｑＲ）が求められ、タ
イミング信号ｔｘの時刻にゲート１４を介してＤ／Ａコ
ンバータ１５に入力される。

なお、アキュムレータ１３はタイミング信号ｔｘによっ
てクリアされる。

さて、上記の係数Ｃｎ（ｔ）は、係数発生器３４からタ
イミング信号ｔｃと同期してつまりサンプル値れ乗算器
３３に供給される。

係数Ｃｎ（ｔ）は時間関数であり、係数発生器３４内で
比較的に低速タイミングでくり返し演算される。

すなわち前述したように、音色の時間的変化は比較的に
緩漫であるため、係数Ｃｎ（ｔ）を各サンプルポイント
毎に算出する必要はなく演算速度は高調波の各サンプル
値している。

したがって、係数発生器３４を構成する上で従来技術に
おけるような困難がなく、また演算内容に対する制約は
解消され所望の複雑な時間的関数Ｃｎ（ｔ）を容易に得
ることが可能となる。

なお、係数Ｃｎ（ｔ）の演算速度と各高調波のサンプた
めに、係数発生器３４内にはバツファメモリが２設けら
れており、演算した１組の係数Ｃ１（ｔ）〜Ｃｗ（ｔ）
を次の１組の係数Ｃ１（ｔ）〜Ｃｗ（ｔ）の演算が完了
するまでバツファメモリ内に一時的にストアしておき、
バツファメモリの内容をタイミング信号ｔｃに同期して
読み出すようにしている。

なおバッファメ３モリは、ランダムアクセスメモリもし
くはシフトレジスタで構成される。

上記係数発生器３４の一例の構成および演算のプログラ
ムフローチャートを第３図および第４図に示す。

ここに示す係数発生器３４は、次式によって係数Ｃｎ（
ｔ）を演算するように構成されている。

Ｃｎ（ｔ）＝Ｃｎ・ＦＬｎ（ｔ）・ＣＦｎ（ｔ）……（
２）式ここで、Ｃｎは定数であり、楽音の基本音色を決
定する。

つまり、楽音信号の基本的な高調波含有率を決定する。

またＦＬｎ（ｔ）は楽音にスライディング・フィルタ効
果を付与する要素であり、次式によって演算される。

このＦＬｎ（ｔ）を図示したものが第５図Ａであり、横
軸は高調波次数ｎである。

この図から明らかなようにＦＬｎ（ｔ）はローパスフィ
ルタに相当するファクタであり、ロールオフの傾斜は時
間パラメータβ（ｔ）にしたがって第５図Ｂに示すよう
に時間的に変化し、ロールオフし始める次数は時間パラ
メータγ（ｔ）にしたがって第５図Ｃに示すように時間
的にスライドする。

ＣＦｎ（ｔ）は櫛形フィルタに相当するファクタであり
、アコースティック楽器の共鳴効果を付加する効果があ
り、次式によって算出される。

ＣＦｎ（ｔ）＝ｃｏｓ２｛ｎ・θ（ｔ）＋α（ｔ）｝…
…（４）このＣＦｎ（ｔ）を図示したのが第６図Ａない
しＣであり（横軸は次数ｎ）、ピーク間隔のピッチなら
びにその時間変化速度および初期位相は時間パラメータ
θ（ｔ）およびα（ｔ）によって決まる。

再び第３図において、５１と５２はランダムアクセス可
能なメモリ、５３は上記ファクタＦＬｎ（ｔ），ＣＦｎ
（ｔ）の演算に用いるパラメータβ（ｔ），γ（ｔ），
ｎｃ，θ（ｔ），α（ｔ）およびＣｎを格納している読
出専用メモリ、５４は上記の（２）式、（３）式、（４
）式の演算を実行するプログラムを格納しているプログ
ラムメモリ、５５はマイクロプロセッサ、５６は算術論
理演算ユニット、５７はバツファメモリであり、５・８
はデータバスである。

この係数発生器３４の動作を第４図を参照して説明する
。

キーボードスイッチ群１０のうちのいずれかのキーボー
ドスイッチが閉成されると、キーオン検出回路３５（第
２図参照）からキーオン信号ＫＯＮが出力される。

このキーオン信号ＫＯＮが出力されるとマイクロプロセ
ッサ５５が起動しその内部クロツクに同期して動作を開
始する。

マイクロプロセッサはプログラムメモリ５４から与えら
れるプログラムにしたがって、ｎ＝１を設定し、メモリ
５．３から対応するパラメータβ（ｔ），γ（ｔ），ｎ
ｃを読み出し算述論理演算ユニット５６に転送し（３）
式の演算を実行させ、その結果ＦＬ１（ｔ）をメモリ５
１に格納する。

ついで、メモリ５３からパラメータθ（ｔ），α（１）
を読み出して算術論理演算ユニット５６に転送し（４）
式の演算を実行し、その演算結果ＣＦ１（ｔ）とメモリ
５１の内容とを乗算し、乗算結果ＦＬ１（ｔ）・ＣＦ１
（ｔ）を得る。

そしてマイクロプロセッサ５５はメモリ５３から定数Ｃ
１を読み出し算術論理演算ユニット５６に転送し前記演
算結果ＦＬ１（ｔ）・ＣＦ１（ｔ）と定数Ｃ１とを掛け
合わせ、その結果Ｃ１（ｔ）をメモリ５２の１番地に格
納する。

ついでｎを＋１してｎ＝２を設定し、上記と同様のルー
テーンを繰り返しＣ２（ｔ）をメモリ５２の２番地に格
納する。

このようにして係数Ｃ３（ｔ）〜Ｃｗ−１（ｔ）が順次
演算されメモリ５２の対応番地に格納されてゆき、最高
次の高調波係数Ｃｗ（ｔ）が演算されメモリ５２のＷ番
地に格納されると、マイクロプロセッサ５５からバツフ
ァメモリ５７に書き込み命令が送られ、メモリ５２に格
納されている１組の係数Ｃ１（ｔ）〜Ｃｗ（ｔ）がバツ
ファメモリ５７に取り込まれる。

同様にして次の時刻に対する係数Ｃｎ（ｔ）が順次演算
され、メモリ５２を介してバッファメモリ５７に送られ
る。

この過程は、キーオン信号ＫＯＮが出されている間、繰
り返される。

バッファメモリ５７に格納された係数Ｃｎ（ｔ）はタイ
ミング信号ｔｃに同期して高速で読み出され、乗算器３
３に供給される。

なお、この発明は、各高調波を演算により算出し、これ
を加算して楽音を発生させる方式の電子楽器のみに限定
されるものではなぐ、複数の成分の演算により楽音を発
生させる方式の電子楽器全てに適用できる。

以上に述べたように、この発明の電子楽器は各成分のレ
ベルを決める係数の演算速度を各成分の演算速度に拘束
されることなく低速化するようにしたため、係数演算手
段を安価に実現でき、また係数演算の内容に対する制約
が大幅に軽減される結果、所望の特性の係数を容易に得
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図は従来技術の問題点を説明するための図、第２図
はこの発明による電子楽器の一実施例を示すブロック図
、第３図は第２図の電子楽器における係数発生器の一例
を示すブロック図、第４図は第３図に示した係数発生器
によって実行される係数演算過程を示すプログラムフロ
ーチャート、第５図Ａないし第５図Ｃおよび第６図Ａな
いし第６図Ｃは係数演算式の説明図である。１０……キーボードスイッチ群、１１……音響装置、１
２……周波数情報メモリ、１３……アキ、ユムレータ、
１４，２４．２７……ゲート、１５……デイジタル／ア
ナログコンバータ、２０……発振器、２２……カウンタ
、２５……加算器、２８……アドレスカウンタ、２９…
…ｓｉｎメモリ、３０……アドレスデコーダ、３３……
乗算器、３４……係数発生器、５１，５２，５３，５７
……メモリ、５４……プログラムメモリ、５５……マイ
クロプロセッサ、５６……算術論理演算ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】１楽音を構成する複数の各成分を高速タイミングで算
出する第１の手段と、上記各成分のレベル番設定する複数の係数を、上記高速
タイミングより遅い低速夕イミングで算出して記憶する
第２の手段と、上記第２の手段に記憶された各係数を上記高速タイミン
グに対応して読州し、読出した各係数を上記各成分にそ
れぞれ乗じる第３の手段と、を具備し、上記第３の手段によってレベル設定さレタ上記各成分に
もとづき楽音を発生するようにしてなる電子楽器。