JPS62267798A - 電子楽器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ　発明の概要 Ｃ従来の技術 Ｄ　発明が解決しようとする問題点 Ｅ　問題点を解決するための手段（第１図）Ｆ　作用 Ｇ　実施例（第１図〜第８図） Ｈ発明の効果 Ａ　産業上の利用分野 この発明は電子楽器に関する。

Ｂ　発明の概要 この発明は、波形記憶形の電子楽器において、サンプリ
ングレートを変更することな（データの示”Ｊ’−ヒツ
チを変更することにより、Ｄ／Ａコンバータ以降のハー
ドウェアを簡略化したものである。

Ｃ従来の技術 電子楽器としてサンプラーと呼ばれる波形記憶形のもの
がある。これは、数秒程度の音をデジタル信号の状態で
メモリにストアし、演算時、そのストアしておいたデジ
タル信号をＤ／Ａｉ換してから発音させるとともに、こ
の演奏時、メモリから取り出したデジタル信号に対して
各種の処理を行うことにより、もとの音とは異なる音程
、音長あるいは音色で演奏ができるようにしたものであ
る。

Ｄ　発明が解決しようとする問題点 このようなサンプラーにおいては、メモリからデジタル
信号を読み出すとき、その読み出し周波数を、書き込み
時の周波数のｎ倍にすれば、演奏される音のピッチ（音
程）は、もとの音のｎ倍となる。したがって、演奏時に
は、キーボードのキー（音程）に対応してメモリに対す
る読み出し周波数を変更してやればよい。

しかし、この方法では、読み出されたデジタル信号の周
波数が、音程に対応して変化するので、そのデジタル信
号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータのクロッ
ク周波数も対応して変化させなければならず、構成が複
雑となってしまう。

さらに、Ｄ／Ａコンバータの１ｊｋ段のローパスフィル
タも同様にカットオフ周波数を変更しなければならず、
この点からも構成が複雑になってしまう。

しかも、Ｄ／Ａコンバータの最適動作周波数には限界が
あるので、音程の可変範囲は、もとの音に対して２〜３
倍、すなわち、２〜３オクターブになってしまう。

この発明は、これら問題点を解決しようとするものであ
る。

Ｅ　問題点を解決するための手段 今、ストア時のもとの入力波形が第５図Ａの破線のよう
に示され、この入力波形のうち○印で示すように期間Ｔ
ｍごとの点がＡ／Ｄ変換されてデータとしてメモリにス
トアされているとする。

したがって、メモリには○印のデータしか存在しないが
、このデータに対して補間を行いＸ印で示す期間Ｔｐご
とのデータを、同図Ｂに示すように期間Ｔｍごとに取り
出してＤ／Ａ変換したとする。すると、このときの×印
のデータをＤ／Ａ変換した出力波形は同図已に破線で示
すようになり、その周波数はもとの入力波形（同図Ａ）
に対してＴ　ｐ　／　Ｔ　ｎ倍に変換されたことになる
。

したがって、期間Ｔｐを音程にしたがった値とすれば、
任忘の音程の出力を得ることができる。

また、メモリＸ印のデータの補間であるが、これはＦＩ
Ｒ形デジタルフィルタによって行うことができる。すな
わち、メモリからのデジタル信号（×印）をＰ倍（例え
ばＰ　＝　２５６　）にオーバーサンプリング（インタ
ーポレーション）したのち、間引き（デシメーション）
により必要なものをサンプリング周波数Ｔｍでリサンプ
リングする。つまり、期間ＴｍをＰ分割し、○印のデー
タに対するＸ印のデータのずれｄに応じてＰｆｌｉｌｆ
あるグリッドの１つを選択すればよい。

そして、補間としてＦＩＲ形デジタルフィルタを使用す
る場合、１つの新しいデータ（×印）に対して０個（例
えばＱ＝１５）のもとのデータ（○印）を使用して補間
を行うとすれば、 Ｑ　ｘ　Ｐ　＝　１５Ｘ　２５６　＝　３８４０である
から３８４０次のフィルタとなり、３８４０個の係数を
設定しなければならないはずであるが、１つのサンプル
点（×印）を計算するには、そのうちの１５個の係数だ
けでよ（、次数も１５次でよい。すなわち、１５回の乗
算及び加算でよい。

Ｆ　作用 出力用のＤ／Ａコンバータに供給されるデジタル信号の
サンプリング周波数が音程にかかわらず一定となる。

Ｇ　実施例 まず、この発明によるサンプラーの基本構成について説
明するが、このサンプラーにおいては、メモリにストア
する波形のＳ／Ｎを改善するため特別な工夫を施してい
るので、その点から説明しよう。

今、ピアノや打楽器などの音について考えると、これら
の音の振幅は、第２図に曲線Ｙとして示すようにほぼ指
数関数的に減衰していくものとみなすごとができ、した
がって、その振幅Ｙは、Ｙ＝ｅｘｐ　　（−ｔ／τ）　
　　・・・・・・・・（ｉ）で表わすことができる。

そして、この（ｉ）式に Ｇ　＝　ｅｘｐ　　（ｔ　／τ）　　　　”−”・・（
ｉｉ）で示される補正曲線Ｇを乗算すると、 Ｙ−Ｇ＝ｅｘｐ　　（−ｔ／Ｔ）　　・ｅｘｐ　　（ｔ
／ｒ）−１・・・・・・・・（ｉｉｉ　） となり、同図にも示すように、一定振幅となる。

また、この（ｉｉｉ　）式に、曲線Ｇとは相補な曲線１
／Ｇ、すなわち、 １／Ｇ−ｅｘｐ　　（−ｔ／ｒ）　　ｔ＋＋＋＋ｚ＋　
（ｉｖ）を乗算すれば、もとの（ｉ）式が得られる。

そこで、この例においては、ストア時、もとの音のアナ
ログ信号を例えば１サンプル１６と７）のデジタル信号
（これは（ｉ）式に相当する）に変換し、このデジタル
信号に（ｉｉ）式に相当するデジタル信号を乗算し、そ
の乗算結果（これは（ｉｉｉ　）式に相当する）の例え
ば上位１２ビツトを取り出し、これをメモリにストアす
る。

そして、演奏時には、メモリから取り出したデータに、
（ｉｖ）式に相当するデジタル信号を乗算してもとの音
のデジタル信号を得るようにしたものである。

ところで、振幅ｙを有するアナログ信号が、サンプリン
グ周波数Ｆｓのデジタル信号に変換されたとき、そのＮ
サンプルごとに定数Ｋ（Ｋ＜１）を乗算すると、 となる、したがって、（ｉ）式はデジタル信号の状態で
は、 Ｙ＝ｙ と表わすことができる。同様に、（ｉｉ　）式は、と表
わすことができる。

したがって、ストア時には、もとの音のデジタル信号（
（ｉ）式）に、（ｉｉ　）式における定数１／Ｋを、ｔ
／（Ｎ／Ｆｓ）回乗算すればよいことになる。すなわち
、Ｎサンプルごとに、１／Ｋ。

１／に２．　１／に３　、・・・・を乗算すればよい、
また、演奏時には、メモリから取り出したデータに、゛
に、に２．に３．　・・・・を乗算すればよい。

そして、定数にであるが、これは次のようにして求める
ことができる。

すなわち、第２図に示すように、もとの信号Ｙを期間Ｔ
（例えばＴ＝０．１秒）ごとに分割し、各期間Ｔにおけ
る波形の平均値あるいは二乗和を求めて振幅情報を求め
る。そして、最大振幅の期間Ｔの振幅情報に対して、Ｍ
番目の期間Ｔの振幅情報が、所定の減衰量Ｌ（例えばＬ
　＝　−４０ｄＢ）に達したとすれば、 −Ｔ Ｎ　／　Ｆ　ｓ Ｋ　　　　　＝Ｌ　　　　　　　・・・・・・・・（ｖ
ｉｉ　）であるから、この（ｖｉｉｉ　）式から、ある
いは（ｖｉｉｉ　）式にしたがったルックアップテーブ
ルから定数Ｋを求めることができる。

次に述べるサンプラーにおいては、以上の信号処理を行
っている。

すなわち、第１図において、（１０）はシステムコント
ロール用のマイクロコンピュータを示し、（１１）はそ
の８ビツトのＣＰＵ、（１２）はシステムコントロール
用のプログラムが書き込まれているＲＯＭ、（１３）は
ワークエリア用及びパラメータ用のＲＡＭでこれらメモ
リ　（１２）　、　　（１３）はパスライン（１９）を
通じてＣＰＵ（１１）に接続されている。また、（１４
）はＭＩＤＩ規格のキーボード、（１５）は操作パネル
で、これらはインターフェイス（１６）を通じてパスラ
イン（１９）に接続されている。さらに、パスライン（
１９）には、ドライバ（１７）を通じて表示パネル（１
８）が接続されている。

そして、ストア時には、そのソースとなる音のオーディ
オ信号が、入力端子（２１）からブリアンブ（２２）及
びローパスフィルタ（２３）を通じてＡ／Ｄコンバータ
（２４）に供給されて例えばサンプリング周波数３１．
５ｋＨｚで、かつ、１サンプルが１６ビツトのシリアル
なデータ信号Ｓｄに変換され、この信号ＳｄがＤＳＰ（
２５）を通じてメモリ　（２６）にストアされる。

この場合、メモリ　（２６）は、例えば第３図に示すよ
うに、２Ｍワードのアドレスを有し、そのうちの５１２
にワードのエリアが１６ビツト／１アドレスのバッファ
エリアとされ、残る　１．５Ｍワードのエリアが１２ビ
フト／１アドレスとされ、これが信号Ｓｄをストアする
エリアとされる。

そして、ＤＳＰ（２５）が、メモリ　（２６）のバッフ
ァエリアを使用しながら上述のように（ｖｉ）式の乗算
を行うことにより、信号Ｓｄの振幅（信号Ｓｄをアナロ
グ信号に変換したとき、そのアナログ信号の振幅。以下
同様）が一定値となり、かつ、その振幅が１２ビツトに
対してフルレンジとなるように、信号Ｓｄの振幅が補正
され、この補正後の１２ビツトの信号Ｓｄがメモリ　（
２６）のストアエリアの一部にストアされる。なお、こ
の場合、ストアされる信号Ｓｄの長さく期間）は所定の
期間Ｔｓに制限されるが、期間Ｔｓ以内でも、必要に応
じて上述の値しにしたがった期間とされる。

さらに、このとき、信号Ｓｄの補正に使用された定数に
などのパラメータ、及び信号Ｓｄがメモリ　（２６）に
ストアされたときのトップアドレス及びエンドアドレス
などのパラメータがＤＳＰ（２５）からＣＰｔＪ（１１
）に供給され、これらパラメータがＲＡＭ（１３）にス
トアされる。

こうして、メモリ　（２６）には例えば３２種の音ま７
波形が一定振幅に規格化されてストアされるとともに、
その各波形に関するパラメータがＲＡＭ（１３）にそれ
ぞれストアされる。

一方、演奏時（ないし編集時）には、キーボード（１４
）のキーを操作すると、操作パネル（１４）の設定にし
たがってＣＰＵ（１１）によりＲＡＭ（１３）から該当
するパラメータが取り出され、これがＤＳＰ（２５）に
供給されてＤＳＰ（２５）によりメモリ　（２６）から
該当する波形のデジタル信号Ｓｄが取り出される。ただ
し、この取り出された信号Ｓｄは、まだ、１２ビツト／
１サンプルで、振幅が一定値に規格化されたままである
。また、信号Ｓｄのサンプリング周波数はストア時と同
じ３１．５ｋＨｚである。

また、この場合、第４図Ａに示すように、もとの音がス
トア期間Ｔｓよりも長いときには、信号Ｓｄは期間Ｔｓ
の長さしかないので、同図Ｂと同様に、信号Ｓｄの終わ
りの所定の期間の部分が繰り返される。なお、このとき
、信号Ｓｄの振幅は、一定値に補正されているので、信
号Ｓｄの繰り返し部分の継ぎ目に振幅の段差を生じるこ
とはない。

そして、この信号Ｓｄがピッチコンバータ（３１）に供
給されるとともに、キーボード（１４）からはキー操作
にしたがって音程のデータが取り出され、この音程デー
タがＣＰＵ（１（）及びＤＳＰ（２５）を通じてコンバ
ータ（３１）に供給される。このコンバータ（３１）の
詳細については後述するが、信号Ｓｄのサンプリング周
波数を変えることな（、信号Ｓｄがアナログ信号に変換
されたときのそのアナログ信号のピッチ（音程）を、キ
ーボード（１４）の操作されたキーに対応する音程に変
換するものである。

そして、このコンバータ（３１）からの信号Ｓｄが、Ｄ
ＳＰ（３２）に供給されるとともに、ｃｐｕ（１１）に
よりＲＡＭ（１３）から該当するパラメータが取り出さ
れてＤＳＰ（３２）に供給され信号Ｓｄはもとのビット
長、すなわち、１６とット／１サンプルの語長に戻され
ると同時に、（ｉｖ）式の乗算に対応する再補正が行わ
れてもとの音のデジタル信号Ｓｄとされ、あるいはさら
に信号Ｓｄがアナログ信号に変換されたとき、そのアナ
ログ信号のアタック、ディケイ、サスティン及びリリー
スが操作パネル（１５）の操作にしたがったものとなる
ように信号Ｓｄが処理される。

こうして、ＤＳＰ（３２）からは、１６ビツト／１サン
プルで、かつ、サンプリング周波数が一定であるととも
に、音程、音長、音色などがキーボード（１４）及び操
作パネル（１５）の操作にしたがって処理されたデジタ
ル信号Ｓｄが取り出される。

そして、この信号Ｓｄが、Ｄ／Ａコンバータ（３３）に
供給されてアナログ信号に変換され、この信号がローパ
スフィルタ（３４）及び出力アンプ（３５）を通じて出
力端子（３６）に取り出される。

なお、この場合、演奏時における信号Ｓｄのメモリ　（
２６）からの取り出し及び以後の処理は、最大１６チヤ
ンネルまで時分割式に行われ、したがって、端子（３６
）、には１６音声まで同時に出力される。

こうして、このサンプラーによれば、入力波形のストア
時、その振幅を一定値に補正してメモリ（２６）にスト
アし、演奏時、メモリ（２６）から取り出されたデータ
に対してストア時とは逆の補正を行ってもとの波形を再
現しているので、メモリ（２６）にストアするときのデ
ータのビット数が少なくても、波形の減衰部分でのＳ／
Ｎを改善できる。また、ストア時のデータ信号Ｓｄは、
入力波形の最大値が、そのデータ信号Ｓｄのビット数で
表すことができる最大値になるように規格化されている
ので、さらにＳ／Ｎが改善される。

また、振幅を一定値に規格化してからストアしているの
で、演奏時、ストア期間Ｔｓ後に信号Ｓｄの繰り返しを
行っても、その繰り返し部分の継ぎ目に第振幅の段差を
生じることがなく、自然な減衰特性とすることができる
。

以上がこの発明によるサンプラーの基本構成であるが、
演奏時のピッチ変換は次のようにして行われる。

すなわち、第６図はＤＳＰ（２５）において、演奏時の
ピッチ変換に係わる部分を等価的に示すもので、加数回
路（４１）からはキーボード（１４）のキーの操作にし
たがって第７図に示すようにそのキー（音程）に対応し
た値の２４ビツトのピッチデータＰＤが出力される。ま
た、アキュムレータ（４３）には、メモリ（２６）の入
力波形がストアされているスタートアドレスＳＡがセッ
トされている。ただし、同図に示すように、スタートア
ドレスＳＡは２４ビツトであるか、アキュムレータ（４
３）は４０ビツトのサイズとされ、その上位２４ビツト
にアドレスＳＡがセットされる。

そして、加数回路（４１）からのデータＰＤが加算回路
（４２）に供給されるとともに、アキュムレータ（４３
）の出力が加算回路（４２）に供給され同図に示すよう
に、アキュムレータ（４３）の出力の下位２４ビツトと
データＰＤの２４ビツトとの桁が合うように加算され、
この加算結果が期間Ｔｍ　　（サンプリング期間）ごと
にアキュムレータ（４３）にセットされる。

したがって、アキュムレータ（４３）からは期間Ｔｍご
とに、ピッチデータＰＤの大きさづつインクリメントさ
れたデ゛−夕が出力されることになるが、このアキュム
レータ出力のうちの上位２４ピツ）ＡＤは、第５図Ａの
Ｘ印のアドレス（メモリ（２６）のアドレス）を示すこ
とになる。また、アキュムレータ出力のうち続く中位８
ビツトは、上述したずれｄを示すスロットデータＳＬと
して取り出され、ピッチデータＰＤのうちの上位１０ビ
ツトが、デジタルフィルタのカットオフ周波数設定用の
データＰＩとして取り出される。

そして、以上の信号ＡＤ、ＳＬ、ＰＩはＤＳＰ（２５）
から時分割式に取り出され、これが第８図に示すピッチ
コンバータ（３１）に供給される。

すなわち、同図において、（５９）はデコーダを示し、
これはＤＳＰ（２５）とコンバータ（３１）とのタイミ
ングをとるためのもので、このため、ＤＳＰ（２５）か
ら所定の制御信号ないしタイミング信号が供給され、そ
のデコーダ出力がそれぞれの回路に供給される。

そして、ＤＳＰ（２５）からの信号ＡＤ、ＳＬはレジス
タ（５１）　、　　（５２）にそれぞれロードされると
ともに、ＤＳＰ（２５）からのデータＰＩのうち上位８
ビツト及び下位２ビツトがレジスタ（５３）　。

（５４）にそれぞれロードされる。

そして、レジスタ（５１）からのアドレス信号ＡＤが加
算回路（６１）に供給されるとともに、１５進カウンタ
（６２）からクロックＣＰにより「１」づつインクリメ
ントされるデータが加算回路（６１）に供給されて加算
回路（６１）からはｌサンプルのデータ（Ｏ印）に対し
てこれに続＜１５サンプルのアドレス信号が取り出され
、このアドレス信号がメモリ　（２６）に供給される。

したがって、メモリ（２６）からは、アドレス信号ＡＤ
により与えられたアドレス及びこれに続くアドレスから
１５サンプルのデータ（○印）が順次読み出され、この
読み出されたデータがマルチプレクサ（６３）を通じて
ＦＩＲ形デジタルローパスフィルタ（６４）に供給され
る。

このフィルタ（６４）は、上述のように１５次の構成で
あるが、この例においては、Ｔｍ／２５６の遅延を行う
遅延要素と、乗算回路と、加算回路とをハードウェア及
びソフトウェアにより実現しているものであり、補間用
フィルタとしての信号処理及び間引きを行うとともに、
ローパスフィルタとしてのカットオフ周波数の調整を行
っている。このカットオフ周波数の調整は、データが補
間されたとき、隣り合うサイドバンド（高開波）の一部
が互いに重なり合って折り返しノイズが発生することを
防止するために行われる。

そして、レジスタ（５２）からのスロット信号ＳＬがレ
ジスタ（５５）を通じてＲＯＭ（７２）にアドレス信号
として供給される。このＲＯＭ（７２）には、１５次×
２５６グリツド×１６種（これはカットオフ周波数のデ
ータの数）の係数が書き込まれている。したがって、ス
ロット信号ＳＬにより、音程に対応して２５６グリツド
のうちの１つのグリッドに相当する１５１１１の係数が
選択される。

さらに、このとき、レジスタ（５３）　、　　（５４）
からのピンチ情報ＰＩがＲＯＭ（７３）に供給されて音
程に対してフィルタ（６４）のカットオフ周波数を１６
種のうちのどれにするかを示すデータに変換され、この
カットオフデータがレジスタ（７４）を通じてＲＯＭ（
７２）に供給されてフィルタ（６４）のカットオフ周波
数を指定する係数が選択される。

こうして、ＲＯＭ（７２）からは、もとのデータ（Ｏ印
）の区間を２５６分割して補間したときにどの補間デー
タ（×印）を使用するかを決定する１５次分のデータと
、音程に対応してフィルタ（６４）のカットオフ周波数
を設定するデータとが取り出される。

そして、このＲＯＭ（７２）からのデータがレジスタ（
７５）を通じ、さらにマルチプレクサ（６３）を通じて
フィルタ（６４）に供給され、ピッチ変換されたデータ
（×印）が期間Ｔｍごとに取り出され、このデータがレ
ジスタ（６５）を通じて次段に供給される。

なお、ゲート（８１）　、　　（８２）は、ＤＳＰがメ
モリ　（２６）のバンファエリアを使用してＡ／Ｄコン
バータ（２４）からのデジタル信号Ｓｄを１２ビツトの
信号Ｓｄに変換するときなどに使用される。

Ｈ発明の効果 こうして、この発明によれば、デジタルフィルタ（６３
）によりデジタル信号Ｓｄを補間してピッチを変換して
いるので、次段のＤＳＰ（３２）の動作周波数が音程に
かかわらず一定となり、音程によりＤ／Ａコンバータ（
３３）やフィルタ（３４）の動作あるいは特性を変更す
る必要がな（、したがって、構成が簡単になるとともに
、例えば、コンバータ（３３）であれば、−ｍの高性能
な１６ビツトのものをそのまま使用できる。

さらに、ＤＳＰ（３２）以降の動作周波数が一定なので
、上述のように多チャンネルの時分割処理を行うことが
できるとともに、ピッチの可変範囲も広くでき、多彩な
音を実現できる。

また、ＤＳＰ（３２）以降の動作周波数が一定なので、
波形の加工をデジタル処理で行うエンベロープジェネレ
ータや一般のＶＣＦに相当するデジタル式のレゾナンス
フィルタなども使用でき、より多彩な音づくりができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一例の系統図、第２図〜第８図はそ
の説明のための図である。 （２４）はＡ／Ｄコンバーク、（２５）　、　　（３２
）はＤＳＰ、（２６）はメモリ、（３１）はピッチコン
バータ、（３３）はＤ／Ａコンバータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力波形をストアするメモリと、ＦＩＲ形デジタルフィ
   ルタとを有し、 第１のＤＳＰから上記メモリのアドレス値及びスロット
   値を受け取り、 上記アドレス値にしたがった連続するＱサンプル（Ｑ＞
   １）を使用して補間計算を行い、 上記スロット値によって上記ＦＩＲ形デジタルフィルタ
   に係数をセットし、かつ、 音程により上記ＦＩＲ形デジタルフィルタの係数を変更
   してカットオフ周波数を変更し、 以上の処理により上記入力波形の音程を変更して取り出
   すようにした電子楽器。