JPS5917838B2 - 電子楽器の波形発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、楽音発生のために利用される波形を発生す
る電子楽器の波形発生装置に関し、特にディジタル技術
を用いて所望の波形を構成する各３０サンプル点の波形
振幅値を順次発生するようにしたものである。

電子楽器において、波形発生装置は、楽音波形発生、エ
ンベロープ波形発生および楽音制御用の各種制御波形信
号発生等のために使用されている。

３５例えば波形メモリを用いて楽音波形を発生する方式
の電子楽器は第１図に示すように構成されている。

第１図において、鍵盤回路１は鍵盤部である鍵が押鍵さ
れるとその鍵に対応する出力線に論理値゛１”を出力す
る様に構成されている。

鍵盤回路１には単音優先回路が内蔵されており、単音優
先回路は同時に２以上の鍵が押鍵された場合、発音すべ
き音を１つに決定する機能を有している。この単音優先
回路としては例えば特願昭４９−１０２６４０号（特開
昭５１−２９９１８号）明細書中に開示されたものを用
いる事ができる。更に鍵盤回路１は、ある鍵が押鍵され
た事を示すキーオン信号ＫＯＮを出力する機能を有して
いる。鍵盤回路１の各出力線（各鍵に対応）は周波数情
報メモリ２の入力側に接続されており、周波数情報メモ
リ２には発生楽音の音高（周波数）を設定するため各鍵
の音高にそれぞれ対応する周波数情報（定数）Ｆが記憶
されている。従つて、ある鍵が押鍵されるとその鍵の音
高に対応した周波数情報Ｆが周波数情報メモリ２から読
み出される。周波数情報メモリ２の出力側は累算器３の
入力側に接続されており、累算器３はクロツクパルスφ
を受けて周波数情報メモリ２から出力される周波数情報
Ｆを順次累算し、その累算値ＱＦ（ｑ−１，２，３・・
・）の整数部１を「読み出しアドレス信号］として順次
出力する。累算器３の出力側は波形メモリ４からなる楽
音波形発生装置の入力側に接続され二ており、波形メモ
リ４の各アドレスには例えば第２図に示す様に所望の楽
音波形の順次サンプル点振幅値（波形振幅値）Ｆｉ（１
−０，１，２・・・ｍ）が記憶されている。従つて、波
形メモリ４は累算器３から出力される読み出しアドレス
信号１を受けて、Ｊその読み出しアドレス信号１により
指定されたアドレスに記憶されている波形振幅値Ｆｉを
順次読み出し、楽音波形ＭＷを出力する。波形メモリ４
の出力側は乗算器５の第１の入力端子に接続されており
、乗算器５の第２の入力端３子にはエンベロープ波形発
生器６の出力側が接続されている。

更に、乗算器５の出力側はサウンドシステム７の入力側
に接続されている。従つて、波形メモリ４から出力され
る楽音波形ＭＷは乗算器５でエンベロープ波形発生器６
から出力される４エンベロープ波形ＥＶと乗算され、こ
れによつて楽音波形に適宜の音量エンベロープが付与さ
れた後、サウンドシステム７に入力される。サウンドシ
ステム７は音量調整器、アンプ、スピーカ等から成り、
乗算器５から出力される楽音波形を発音する。ここで、
エンベロープ波形発生器６は楽音波形に適宜の音量エン
ベロープを付与するため設けられているもので、鍵盤回
路１から出力されるキーオン記号ＫＯＮを受けてエンベ
ロープ波形ＥＶを出力する。

エンベロープ波形ＥＶは例えば第３図に示す様な波形形
状を有しており演奏者は操作パネルに設けられた音色選
択スイツチ等によりこの波形を適宜に設定する事ができ
る。以上の説明から明らかな様に従来の波形メモリを用
いた電子楽器の波形発生装置は周波数情報Ｆの累算値Ｑ
Ｆ（ｑ−１，２・・・）の整数部１だけを「読み出しア
ドレス信号」としているので、時間軸が量子化され時間
軸の精度が低下してしまうものである。

また、波形メモリ４の各アドレスに記憶されている各波
形振幅値ｆ１はアナログ波形の様に連続しておらず、第
２図に示す様に各波形振幅値Ｆｉはとびとびの値を有し
ている。

従つて、アドレス信号１によつて波形メモリ４から読み
出される楽音波形ＭＷは通常大きな量子化ノイズを含ん
でいる。以上の欠点を改善するためには、どうしても波
形のサンプリング周波数、すなわち波形メモリ４のアド
レス移動速度をあげるとともに、かつ波形メモリ４とし
てメモリサイズの大きな波形メモリを用い１つの楽音波
形を非常に細く分割してその各波形振幅値を各アドレス
に記憶させる必要があつた。

この発明はかかる欠点に鑑みなされたもので、上記の欠
点を除去し、サンプリング周波数の高い高精度の波形を
簡単な構成で発生できるようにした電子楽器の波形発生
装置を提供することを目的とする。

この発明の電子楽器の波形発生装置によれば、アドレス
信号の整数部によつて指示される各基本的サンプル点の
波形振幅値Ｆｉ（１−０，１，２・・・ｍ）をもとにし
て、隣り合う基本的サンプル点の間の波形振幅値を内挿
補間法によつて演算出力することを、その基本原理とし
ている。

今、波形メモリに記憶されている楽音波形を次の３次式
（１）で内挿補間する３次補間法を例にしてこの基本原
理について説明する。

３次補間法とは次の様なものである。

即ち、第４図における波形メモリアドレスの第１番地と
第（１＋１）番地の間に位置して波形メモリには記憶さ
れていない波形振幅値ｆ（１＋ｌ）（０く′〈１）を求
める場合、波形メモリの第１番地から第（１＋３）番地
に記憶されている各波形振幅値ｆ（１）ラｆ（＋１）９
ｆ（１＋２）●ｆ（＋３）を通る１本の３次曲線Ｆ（Ｘ
）を求め、この３次曲線Ｆ（Ｘ）で波形振幅値ｆ（１）
，ｆ（１＋１）間が表わきれるものとして、該３次曲線
Ｆ（Ｘ）のＸ−＋ｌにおける値Ｆ（、＋，）を近似的に
波形振幅値ｆ（１＋，）とするものである。この３次式
Ｆ（Ｘ）は次の様にして求められる。波形振幅値ｆ（１
）〜ｆ（１＋３）を通る３次式Ｆ（Ｘ）を次の（１）式
で表わす。

（１）式の曲線は波形振幅値ｆ（１）〜ｆ（１＋３）を
通るため、次の４つの式が成立する。

ただし、ここでは３次式Ｆ（Ｘ）の第１番地を原点（Ｘ
−０の点）として上記波形振幅値Ｆ（１ィ）の値を求め
る過程をＦ（，）を求める場合に置きかえて処理する。
上記（２）式を行列で表わすと次の（３）式になる。但
し（３）式を逆行列Ｘ−を用いて表わすと次の（４）式
が得られる。

また（１）式においてＸ＝（Ｘ３Ｘ２ｘｌ）とおくと次
の（５）式が成立する。

〜▲ｂ′ また、逆行列Ｘ １は次の（７）式で表わせる。

（７）式を（６）式に代入することによつて、（６）式
は次の（８）式で表わせる。

但し 従つて波形メモリには記憶されていない波形振幅値ｆ（
１）は（８）式においてＸ−ｌとすることによつて次の
（自）式で近似的に求められる。

従つてＡＯ）式に基く次の動作によつて、第４図に示す
ような波形メモリに記憶されていない波形振幅値ｆ（ｌ
）を求めることができる。

第１に、波形メモリに記憶されている各波形振幅値から
第４図に示す様に４つの連続するアドレスに記憶されて
いる波形振幅値ＦＩ，ｆＩ＋，，ＦＩ＋２，ｆＩ＋３を
順次読み出す。

第２に、種々のｌの値に対する各係数値Ａ。

（ｌ）〜Ａ３（ｌ）を記憶しているメモリを設け、この
メモリからｌの値に相当する各係数値Ａ。（ｌ）〜Ａ３
（ｌ）を順次読み出す。第３にこれらの波形振幅値ｆ（
Ｘ）〜ｆ（１＋３）と係数値Ａ。

（ｌ）〜Ａ３（ｌ）を用いて（自）式の演算を行うこと
により、波形メモリに記憶されていないｆ（１）とＦＯ
＋１）の間に位置する波形振幅値ｆ（１＋，）を求める
ことができる。一般に、ｎ次の補間を行う場合も上記し
た３次補間法と全く同様の手順によつて（自）式に相当
する式が求められ、この式を基にしてｎ次補間を行うこ
とができる。

ｎ次補間の場合には、所望の波形が記憶されている波形
メモリから（ｎ＋１）個の連続する波形振幅値ＦＩ，ｆ
（１＋１），・・・，ｆ（１＋ｏ）が時分割で読み出さ
れる。

これと同時に、（ｎ＋１）個の係数値Ａ。（ｌ），Ａ１
（ｌ）・・・ＡＯ（ｌ）がｌの値（０くｌ〈１）に対応
して係数メモリから時分割で読み出される。波形メモリ
から持分割で読み出された各波形振幅値ｆ（１＋，），
（ｐ−０，１，・・・，ｎ）と係数メモリから時分割で
読み出される各係数ＡＫ（ｌ），（Ｋ＝０，１，２，・
・・ｎ）が互いに乗算器によつて時分割で乗算され、こ
の乗算値ＡＫ（ｌ）・ｆ（１＋，）が順次累算されて波
形メモリに記憶されていない波形振幅値以下添附の第５
図、第６図を用いてこの発明の Ｃ３次補間法の実施例
について説明する。尚、第５図において第１図と同一部
分は同一符号を付してその説明を省略する。第５図にお
いて周波数情報メモリ２の出力側は累算器１０の入力側
に接続されている。

累算器１０二の累算指令端子Ｔにはクロツクパルスφ１
が入力されており、累算器１０の出力端子Ａはその累算
値ＱＦ（ｑ−１，２・・・）の整数部１を出力し、また
出力端子Ｂは累算値ＱＦの小数部ｌを出力する様に構成
されている。累算器１０の出力端子Ａはカウ こンタ１
１の取り込み入力端子Ｃ，に接続されており、カウンタ
１１の取り込み指令端子Ｔにはクロツクパルスφ２が入
力されている。更にカウンタ１１の計数入力端子Ｃ２に
はクロツクパルスφ４が入力されている。カウンタ１１
の出力側は波形メモリ ５１２の入力側に接続されてお
り、波形メモリ１２の出力側は乗算器１３の第１の入力
端子に接続されている。累算器１０の出力端子Ｂは係数
メモリ２２の第１の入力端子Ａに接続されている。カウ
ンタ２１の出力側は係数メモリ２２の第２の入力 ４端
子Ｂに接続され、カウンタ２１のりセツト端子Ｒにはク
ロツクパルスφ２が入力され、カウンタ２２の計数入力
端子Ｃにはクロツクパルスφ４が入力されている。係数
メモリ２２の出力側は乗算器１３の第２の入力端子に接
続されている。波形メモリ１２には、例えば第４図に示
す様な楽音波形の各基本的サンプル点における波形振幅
値Ｆｉ，ｉ＝１，２，・・・ｍが記憶されている０この
波形メモリ１２は、従来の波形発生装置の様に楽音波形
を非常に細かいサンプル点に分割して記憶する必要がな
いためメモリサイズの小さなメモリで構成すれば良い。

係数メモリ２２には種々のｌの値に対する４つの係数値
Ａ。

（ｌ）〜Ａ３（ｌ）が記憶されている。即ち、係数メモ
リ２２は、第１の入力端子Ａに入力される累算値ＱＦの
小数部２と第２の入力端子Ｂに入力されるカウンタ２１
の計数値ｋをアドレス信号として受け、第２の入力端子
Ｂに入力される計数値ｋによつて４つの係数Ａ。（ｌ）
〜Ａ３（ｌ）のうち１つの係数ＡＫ（ｌ）が指定され、
更に第１の入力端子Ａに入力される小数部ｌに対応する
上記指定された係数の係数値ＡＫ（ｌ）を出力する様に
構成されている。例えば、入力端子Ｂ２に計数値ｋ−０
が入力されると係数値Ａ。（ｌ）が指定され、入力端子
Ａに１０．５が入力されると係数値Ａ。（０．５）を出
力する様に構成されている。ここで、係数メモリ２２に
は、波形メモリ１２と同様に、それはど高い精度が要求
されないためメモリサイズの小さなメモリで構成丈れば
良い。乗算器１３の出力側は累算器１４の入力側に接続
されており、累算器１４のクリア端子ＣＬにはクロツク
パルスφ２が入力され累算指令端子Ｔにはクロツクパル
スφ３が入力されている。

累算器１４の出力側はラツチ回路１５の入力側に接続さ
れており、ラツチ回路１５の出力側は乗算器５の入力側
に接続されている。ここで、ラツチ回路１５のラツチ指
令入力端子Ｌにはクロツクパルスφ１が入力されている
。各クロツクパルスφ１〜φ４は第６図に示すタイミン
グで順次出力される。

以上の構成を有するこの実施例の作用効果について次に
説明する。

ある鍵が押鍵されると、前記した様に押下鍵の音高に対
応する周波数情報Ｆが周波数情報メモリ２から読み出さ
れる。

この周波数情報Ｆは累算器１０でクロツクパルスφ１の
タイミングで累算される。次に第６図に示すクロツクパ
ルスφ１〜φ４の夕イミングチヤートに従つて順次説明
する。

時刻ｔ１においてクロツクパルスφ，が累算器１０の累
算指令入力端子Ｔに入力されると、累算器１０は周波数
情報Ｆを１回累算しその累算値ＱＦ（ｑ一１）の整数部
１を第１の出力端子Ａから出力し小数部２を第２の出力
端子Ｂから出力する。

時刻Ｔ２において、クロツクパルスφ２がカウンタ１１
の取り込み指令入力端子Ｔに入力されると、カウンタ１
１は累算器１０から出力されている累算値ＱＦの整数部
１を取り込みその計数値をＩとする。

この計数値１が波形メモリ１２の読み出しアドレス信号
として出力される。波形メモリ１２はこの計数値１を受
けて第１番地に記憶している波形振幅値ＦＩを出力する
。これと同時に、カウンタ２１のりセツト端子Ｒにもク
ロツクパルスφ２が入力されるため、カウンタ２１はり
セツトされ、計数値ｋ−０を読み出しアドレス信号とし
て出力する。

従つて、係数メモリ２２は第１の入力端子Ａに累算値Ｑ
Ｆの小数値ｌを受け、また第２の入力端子Ｂにアドレス
信号として計数値ｋ−０を受けて、４つの係数Ａ。（ｌ
）〜Ａ３（ｌ）のうち２によつて指定される第１の係数
値ＡＯ（ｌ）を出力する。乗算器１３は波形メモリ１２
から読み出される波形振幅値ＦＩと係数メモリ２２から
読み出される係数Ａ。（ｌ）を乗算し波形信号ＡＯ（ｌ
）・ＦＩとして出力する。これと同様に累算器１４のク
リア端子ＣＬにクロツクパルスφ２が入力されるため、
累算器１４はクリアされる。時刻Ｔ３において、累算器
１４の累算指令端子Ｔにクロツタパルスφ３が入力され
るため、累算器１４は上記波形信号Ａ。

（ｌ）・ＦＩを累算する。この場合前記した様に累算器
１４は時刻Ｔ２においてクロツクパルスφ２によりクリ
アされているため、その累算値Ａ。（ｌ）・ＦＩになる
。時刻Ｔ４において、カウンタ１１の計数入力端子Ｃ２
にクロツクパルスφ４が入力されるため、カウンタ１１
はその計数値をＩから（１＋１）に変化させる。

尚、添附の第５図ではカウンタ１１の計数入力端子Ｃ２
に入力されるクロツクパルスφ４による計数値をＰで表
示している。この計数値（１＋１）がアドレス信号とし
て新たに波形メモリ１２に入力され、波形メモＩ川２か
らその第（１＋１）番地に記憶している波形振幅値ｆ（
１＋１）が読み出される。］ これと同時にカウンタ２１の計数入力端子Ｃにもクロツ
クパルスφ４が入力されるためカウンタ２１の計数値ｋ
は（０）から（１）に変化する。

係数メモリｎは第１の入力端子Ａに小数値ｌを受け第２
の入力端子Ｂに計数値ｋ−１を受けて４つの係数値Ａ。
（ｌ）〜Ａ３（１）のうちｌによつて指定される第２番
目の係数値Ａ１（ｌ）を゛出力する。乗算器１３は波形
メモリ１２から読み出される波形振幅値ＦＯ＋１）と係
数メモリ２２から読み出される係数値Ａ１（ｌ）を乗算
し波形信号Ａ１（ｌ）・ｆ（１＋１）として出力する。
また時刻Ｔ４において、累算器１４の累算指令入力端子
Ｔにタロツク灼レスφ３が入力されるため、累算器１４
は上記の波形信号Ａ１（ｌ）・ｆ（１＋１）を累算しそ
の累算値を｛ＡＯ（ｌ）・ＦＩ＋Ａ，（ｌ）・ｆ（１＋
１）｝とする。時刻Ｔ４における動作が時刻Ｔ５，ｔ６
においても全く同様に行なわれる。

即ち、時刻Ｔ５において、カウンタ１１はその計数値が
（１＋１）から（１＋２）に変化し、これを読み出しア
ドレス信号として出力する。

従つて、波形メモｌ川２からその第（１＋２）番地に記
憶されている波形振幅値ｆ（１＋２）が読み出される。
またカウンタ２１はその計数値ｋを（１）から（２）に
変化させ、計数値ｋ−２を読み出しアドレス信号として
係数メモリ２２の第２の入力端子Ｂに出力する。従つて
係数メモリ２２は第３番目の係数値Ａ２（ｌ）を出力す
る。乗算器１３は波形メモリ１２から出力される波形振
幅値ｆ（１＋２）と係数メモリ２２から出力される係数
値Ａ２（１）とを乗算し波形信号Ａ２（ｌ）・ｆ（１＋
２）を出力する。累算器１４はこの波形信号Ａ２（ｌ）
・ＦＯ＋２）を累算？、その累算値を１−一自（ＫＩＡ
）１ｔ−）とする。

時刻Ｔ６においては、カウンタ１１はその計数値を（＋
２）から（１＋３）に変化させ、これを読み出しアドレ
ス信号として出力する。

従つて、波形メモｌ川２からその第（１＋３）番地に記
憶されている波形振幅値ｆ（１＋３）が読み出される。
またカウンタ２１はその計数値Ｋを（２）から（３）に
変化させ、計数値ｋ−３を読み出しアドレス信号として
係数メモリ２２の第２の入力端子Ｂに出力する。従つて
、係数メモリ２２は第４番目の係数値Ａ３（ｌ）を出力
する。乗算器１３は上記の波形振幅値ｆ（１＋３）と係
数値Ａ３（ｌ）とを乗算し波形信号Ａ３（ｌ）・ｆ（１
＋３）を出力する。

累算器１４はこの波形信号Ａ３（ｌ）・ｆ（１＋３）を
累算し、その累算値を＋Ａ３（ｌ）・ｆ（１＋３）｝と
する。

時刻ｔ１において、再びクロツクパルスφ１が発生され
ると、このクロツクパルスφ１はラツチ回路１５のラツ
チ指令入力端子Ｌに入力されるため、ラツチ回路１５は
累算器１５の出力する波形信号｛ＡＯ（ｌ）・ＦＩ＋Ａ
１（ｌ）・ｆ（１＋１）＋Ａ２（ｌ）・ｆ（１＋２）＋
Ａ３（ｌ）・ｆ（１＋３）｝をラツチして出力する。

この波形信号は乗算器５で適宜のエンベロープ波形ＥＶ
と乗算された後サウンドシステム７から発音される。こ
れと同時に累算器１０の累算指令端子Ｔにクロツクパル
スφ，が入力されるため、累算器１０は再び周波数情報
メモリ２から出力されている周波数情報Ｆを累算し、そ
の新たな累算値ＱＦの整数部を出力端子Ａから出力し小
数部１を出力端子Ｂから出力する。

従つて、上記した時刻ｔ１〜Ｔ６における動作が繰り返
し行われる。尚、この実施例では特に３次補間法を例に
して説明したが、この実施例は一般のｎに補間にも簡単
に応用できるものである。

即ち、ｎ次補間の場合には、係数メモリ２２に（ｎ＋１
）個の係数値を記憶させ、波形メモｌ月２から（ｎ＋１
）個の波形振幅値を読み出すようにすればよい。更に、
この実施例では電子楽器の楽音波形の発生を例にして説
明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、
例えばエンベロープ波形の発生等にも利用できるもので
ある。

以上の説明から明らかな様にこの発明の電子楽器の波形
発生装置によれば、補間法の原理を利用したため、簡単
な構成で（小さいメモリサイズの波形メモリを用いなが
らも時間軸の精度が高く量子化ノイズの少ない波形を形
成することができ、その性能が著しく向上する利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子楽器の波形発生装置を示すプロツク
図、第２図と第４図は波形メモリに記憶されている楽音
波形の１例を示す波形図、第３図はエンベロープ波形の
１例を示す波形図、第５図はこの発明の１実施例を示す
プロツク図、第６図は第５図に示した実施例で使用する
クロツクパルスのタイミングチヤートである。 １・・・・・・鍵盤回路、２・・・・・・周波数情報メ
モリ、３，１０，１４・・・・・・累算器、４，１２・
・・・・・波形メモＩ八５，１３・・・・・・乗算器、
６・・・・・・エンベロープ波形発生器、７・・・・・
・サウンドシステム、１１，２１・・・・・・カウンタ
、１５・・・・・・ラツチ回路、２２・・・・・・係数
メモリ、φ１〜φ４・・・・・・クロツクパルス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数ビットのデータからなり、その上位側ビットを
   波形の各基本点サンプル点を指示する整数部とし下位側
   ビットを該基本的サンプル点の間に位置するサンプル点
   を指示する小数部とし、かつ全体の値が所定の時間間隔
   で順次変化するアドレス信号を発生するアドレス信号発
   生手段と；所望の波形について前記基本的サンプル点に
   おける波形振幅値信号を発生するものであつて、前記ア
   ドレス信号の整数部を入力されて、該整数部の値によつ
   て指示される基本的サンプル点を含む（ｎ＋１）個の連
   続した基本的サンプル点における波形振幅値信号を、前
   記所定の時間間隔内において時分割で出力する波形振幅
   値信号発生手段と；前記アドレス信号の小数部を入力さ
   れて該小数部の値に対応した所定の係数を、前記波形振
   幅値信号発生手段から順次入力される（ｎ＋１）個の波
   形振幅値信号の各々に対して、乗算する乗算手段と；前
   記乗算手段において係数がそれぞれ乗算された（ｎ＋１
   ）個の波形振幅値信号を加算合成して前記アドレス信号
   の整数部および小数部の値に対応した全サンプル点にお
   ける波形振幅値信号を出力する合成手段；とを具えてな
   る電子楽器の波形発生装置。 ２ 発生すべき楽音の周波数に対応し、複数ビットのデ
   ィジタル数値データからなる周波数情報Ｆを発生する周
   波数情報ジェネレータと；上記周波数情報を受けて、所
   定速度で繰返し累算して、その累算値ｑＦを出力する累
   算器と；所望の楽音波形の各サンプル点の波形振幅値を
   記憶しており、上記累算値の上位ビットデータに応答し
   て連続する（ｎ＋１）個の波形振幅値を出力する波形メ
   モリと；複数の係数値を記憶しており、上記累算値の下
   位ビットデータに応答して（ｎ＋１）個の係数値を出力
   する係数メモリと；波形メモリから入力された各波形振
   幅値に対し、係数メモリから入力された各係数値を、そ
   れぞれ乗算する乗算器と、乗算器から入力された係数値
   付の波形振幅値を合成する合成手段と；を具えてなる電
   子楽器の波形発生装置。