JPS638954Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は電子楽器等で用いる楽音合成装置に
関し、特にデイジタル演算によつて所望音声の楽
音を合成する装置に関する。

周波数変調もしくはそれに類似した演算によつ
て所望音色の楽音を合成する方法もしくは装置
は、米国特許第4018121号明細書（特開昭50−
126406号）あるいは特開昭55−7733号明細書等で
知られている。しかし、それらの先行出願に示さ
れたような従来技術においては、周波数変調演算
もしくはそれに類似した演算による楽音合成の基
本構成が示されているにとどまり、具体的な音色
もしくは楽器音を合成するための手段が十分に解
明されてはいなかつた。また、この分野の従来技
術においては、所望の音色もしくは楽器音を得る
ための演算パラメータの与え方の解明に重きが置
かれており、そして、この解明は極めて困難であ
つた。

この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
周波数変調演算もしくはそれに類似した演算によ
つて楽音を合成する装置において、所定の音色、
特にブラス系の音色の合成に適した実用的な楽音
合成装置を提供することを目的とする。この考案
は、楽音合成演算のための基本要素であるオペレ
ータを複数用い、上述の所定音色に適したオペレ
ータ組合せを解明することにより、比較的簡便な
演算手法及び構成によつて上記目的を達成したも
のである。

以下添付図面を参照してこの考案の一実施例を
詳細に説明しよう。

第１図はこの考案に係る楽音合成装置の基本構
成を示すもので、２個のオペレータOP２，OP３
が並列に設けられており、巡回型周波数変調演算
回路１０（以下周波数変調演算をFMと略称す
る）の出力信号がオペレータOP１を介して並列
のオペレータOP２及びOP３に夫々入力される。
オペレータOP２及びOP３の出力が加算器１１で
加算され、その加算出力が楽音信号として出力さ
れる。巡回型FM回路１０においても１個のオペ
レータOP０が用いられている。各オペレータOP
０〜OP３の内部構成は同一であり、例えば第２
図のようになつている。

第２図において、オペレータOP０〜OP３は正
弦波テーブル１２を含んでおり、加算器１３から
与えられるデータをアドレス信号として所定位相
角に対応する正弦波サンプル点振幅値を該テーブ
ル１２から読み出す。このオペレータOP０乃至
OP３は周波数変調演算の基本演算素子として機
能する。すなわち、加算器１３の一方入力には変
調波信号入力１４を介して適宜の変調波信号の瞬
時振幅値を示すデータ（これを仮に（ω_nｔ）で
示す）が与えられ、他方入力には搬送波位相入力
１５及び乗算器１６を介して搬送波信号の瞬時位
相角を示すデータ（これを仮にω_cｔで示す）が
与えられる。乗算器１６には搬送周波数制御入力
１７を介して搬送周波数を制御するための係数
（これを仮にｋで示す）が与えられる。従つて、
入力１５から与えられた位相角データω_cｔに係
数ｋを掛けた値「kω_cｔ」が加算器１３に入力さ
れる。以上の構成によつて、正弦波テーブル１２
からは搬送波信号を変調波信号によつて周波数変
調した信号の瞬時振幅値 sin｛kω_cｔ＋（ω_nｔ）｝ …(1) が読み出される。

正弦波テーブル１２の出力は乗算器１８を経由
してオペレータOP０乃至OP３の出力信号とな
る。乗算器１８には振幅制御入力１９を介して正
弦波テーブル１２の出力信号の振幅を制御するた
めの係数が与えられる。この入力１９に外部から
与えられる係数は、オペレータOP０乃至OP３の
用途に応じて、楽音の振幅エンベロープを設定す
る係数（これを仮にEtで示す）または変調指数
に相当する係数（これを仮にItで示す）のどちら
かである。オペレータの出力を変調波信号として
用いる場合は乗算器１８に与えられる係数は変調
指数Itを示し、楽音信号として用いる場合はその
係数は振幅エンベロープの瞬時値Etを示す。

第１図において、各オペレータOP０乃至OP３
の変調波信号入力（第２図の符号１４の箇所）に
はシフト回路２０，２１，２２，２３の出力が
夫々与えられる。巡回型FM回路１０において
は、オペレータOP０の出力信号が平均化回路２
４を介してシフト回路２０に与えられ、このシフ
ト回路２０を介して該オペレータOP０の変調波
信号入力１４に回帰している。勿論、オペレータ
OP０の入力と出力との間には適宜の時間遅れが
あるものとする。オペレータOP１の変調波信号
入力１４には巡回型FM回路１０すなわちオペレ
ータOP０の出力信号がシフト回路２１を介して
与えられる。並列に設けられたオペレータOP２，
OP３にあつては、オペレータOP１の出力信号が
シフト回路２２，２３を介して各々の変調波信号
入力１４に与えられる。シフト回路２０乃至２３
は各オペレータOP０乃至OP３に与えられる変調
波信号のデイジタル値を上位桁または下位桁に適
量シフトするもので、各々におけるシフト量はデ
ータS₀，S₁，S₂，S₃に応じて可変できるようにな
つている。このシフトによつて、巡回型FM回路
１０においては回帰率が制御され、オペレータ
OP１〜OP３においては変調指数が制御される。

各オペレータOP０〜OP３の搬送波位相入力
（第２図の１５）には、発生しようとする楽音の
周波数に対応して繰返し変化する瞬時位相角デー
タqF（第２図のω_cｔに相当するもの）が夫々入力
される。この位相角データqFを発生する装置は
特に図示しないが、鍵盤における押鍵に応じて所
定楽音周波数に対応する定数Ｆを読み出し、この
数Ｆを規則的に累算して値「qF」（ｇは計算タイ
ミングの進展に伴なう変数）を得る装置、その他
周知の装置を用いることができる。各オペレータ
OP０〜OP３は搬送周波数制御入力（第２図の１
７）には搬送周波数制御係数k₀，k₁，k₂，k₃が各
別に入力される。各オペレータOP０〜OP３には
共通の位相角データqFが入力されるが、これを
係数k₀〜k₃に応じて各別に制御することにより、
各オペレータにおける搬送周波数を独立に制御す
ることができる。

オペレータOP０〜OP１の振幅制御入力（第２
図の１９）には変調指数に相当する係数I₀t及び
I₁tが夫々与えられる。この係数I₀t及びシフト量
を指示するデータS₁に応じてオペレータOP１で
用いる変調波信号（第２図の（ω_nｔ））の振幅
係数すなわち変調指数が設定される。また係数
I₁t及びデータS₂，S₃に応じてオペレータOP２，
OP３で用いる変調波信号の振幅係数すなわち変
調指数が夫々設定される。オペレータOP２，OP
３の振幅制御入力（第２図の１９）には振幅エン
ベロープを示す係数E₂t，E₃tが夫々与えられる。
各オペレータOP２，OP３から出力される楽音信
号の振幅エンベロープがこれらの係数E₂t，E₃tに
応じて夫々制御される。

巡回型FM回路１０では、周波数変調された信
号を任意の回帰率で変調波信号として帰還するよ
うにしているため、倍音成分が豊富でしかも低次
倍音ほどレベルが高く高次倍音になるほどレベル
が低くなる単調減少傾向の応用性の高いスペクト
ル分布をもつ信号を合成することができ、かつ回
帰率（すなわちシフト回路２０のシフト量）を制
御することにより倍音数を容易に制御できるとい
う利点をもつている。すなわち、シフト回路２０
のシフト量を制御して回帰率を高めると、巡回型
FM回路１０から出力される信号において相対的
に高次の倍音成分が数及びレベル共に増強され、
回帰率を低くするとその逆に相対的に高次の倍音
成分が数、レベル共に減少する。平均化回路２４
は、巡回によつて生じる信号振幅のハンチング現
象を防止するために設けられるもので、オペレー
タOP０から該回路２４に入力される信号の隣接
サンプル点同士の振幅の平均値を求めて出力する
ようにしてある。

さて、第１図のようなオペレータの組合せによ
れば、ホルン、トランペツト、トロンボーンなど
ブラス系の音色の合成に最適である。すなわち、
巡回型FM回路１０と並列に設けたオペレータ
OP２，OP３との間にオペレータOP１を挿入し
ているため、オペレータOP２，OP３に与えられ
る変調波信号の振幅すなわち変調指数をオペレー
タOP１の係数I₁tに応じて連続的にかつ微妙に制
御することができるようになり、ブラス系音色の
スペクトル特性を容易に模倣することができるの
である。

ブラス系音色を合成する場合、オペレータOP
０及びOP１の搬送周波数制御係数はk₀＝１、k₁
＝１とするのがよい。そうすると、オペレータ
OP１からオペレータOP２及びOP３に与えられ
る変調波信号は整数次の倍音を切れ目なく含むも
のとなる。オペレータOP２またはOP３から出力
される楽音信号のスペクトルエンベロープの一部
分の一例を第３図に示す。横軸の原点はオペレー
タOP２またはOP３の搬送周波数_C2または_C3の
位置を示し、この_C2または_C3は位相角データqF
及び係数k₂，k₃によつて定まる。実線は例えば
3dB／オクターブのスペクトルエンベロープの傾
きを示し、これは各オペレータOP０〜OP３の所
定の演算パラメータS₀〜S₃，I₀t〜E₃tを所定の値
に設定することにより実現される。破線及び一定
鎖線は実線のエンベロープを可変制御したときの
例を示すものである。破線で示したようなオペク
トルエンベロープのふくらみ具合の可変制御は、
オペレータOP１の出力信号振幅係数すなわち変
調指数I₁tを可変設定することにより実現される。
周波数変調演算による楽音合成の場合、変調指数
を変化させることにより側帯波の帯域を広くした
り狭くしたりする（すなわちスペクトルエンベロ
ープを平担にしたり急峻にしたりする）ことがで
きることが知られている。これと同じ理由によつ
て、オペレータOP１の係数I₁tを変化させること
により破線に示すようなスペクトルエンベロープ
のふくらみ具合の可変制御が可能である。係数
I₁tは連続的にかつ微妙に変化させることができ
るので、スペクトルエンベロープのふくらみ具合
も連続的にかつ微妙に制御できるようになる。そ
のようなスペクトルエンベロープのふくらみ具合
の連続的かつ微妙な可変制御は、ブラス系音色の
合成に適している。

第３図で一点鎖線で示したような高次倍音成分
の制御は、巡回型FM回路１０の回帰率を制御す
ることにより実現できる。回帰率はシフト回路２
０のシフト量（データS₀）及び振幅係数I₀tに応
じて制御される。前述の通り、巡回型FM回路１
０においては出力信号を変調波信号として回帰さ
せるときの回帰率に応じて相対的に高次の倍音成
分が数及びレベル共に増減制御される。従つて、
一点鎖線で示すような高次倍音成分の制御が可能
である。

第３図に示すようにスペクトルエンベロープの
制御が可能な帯域が、並列に設けられた各オペレ
ータOP２，OP３の搬送周波数_C2，_C3の両側に
夫々発生し、それらのスペクトル特性を合成した
ものが楽音信号として加算器１１から出力され
る。

並列に設けられた各オペレータOP２，OP３の
出力信号振幅係数E₂t，E₃tを０にすることによ
り、並列使用するオペレータの数を制御すること
も可能である。例えばE₃tを０に固定すれば、巡
回型FM回路１０とオペレータOP１及びOP２を
縦続接続した多重周波数変調演算回路とすること
ができる。多重周波数変調演算においては、搬送
周波数制御係数k₀，k₁，k₂の設定の仕方に応じて
種々の音色を作ることができる。例えば、k₀：
k₁：k₂の比が「８：１：１」のときはピアノの低
音域の音色を合成することができ、「５：３：１」
のときはピアノの中音域の音色を合成することが
でき、「３：４：１」のときはクラリネツトの音
色を合成することができる。

k₀＝８，k₁＝１，k₂＝１のときに合成される音
色のスペクトル特性の一例を示すと第４図のよう
である。実線は各オペレータOP０，OP１，OP
２の所定の演算パラメータS₀〜S₂，I₀t〜E₂tを所
定の値に設定したときのスペクトルエンベロープ
を示し、破線は実線のエンベロープを可変制御し
たときの例を示すものである。一点鎖線はスペク
トルエンベロープ全体の傾き傾向を示すものであ
る。横軸に目盛られた数字「８」，「16」，「24」は
倍音周波数の次数を示す。k₀＝８によつて、巡回
型FM回路１０からは８の整数倍の次数の倍音成
分を含む信号が出力される。k₁＝１であるため、
オペレータOP１では基本周波数を搬送周波数と
して変調波信号に含まれる８の整数倍の次数の各
倍音成分によつて夫々周波数変調を行なう。その
結果、オペレータOP１からは、１次、７次、９
次、15次、17次、23次、25次……の倍音成分を含
む信号が出力され、これがオペレータOP２の変
調波信号となる。オペレータOP２では、k₂＝１
であるため、基本周波数を搬送周波数として上記
変調波信号に含まれる各倍音成分（１次、７次、
９次、15次、17次……）によつて夫々周波数変調
を行なう。その結果、第４図に示すように、１
次、８次、16次、24次……の倍音周波数を中心と
する複数の山から成るスペクトルエンベロープを
もつ楽音信号がオペレータOP２から出力される。
ここで、一点鎖線で示したスペクトルエンベロー
プの全体の傾き傾向は第３図の一点鎖線の特性と
同様に巡回型FM回路１０の回帰率を制御するこ
とにより可変制御することができる。これは、各
山の中心成分のレベルは変調波信号すなわちオペ
レータOP１の出力信号に含まれる各倍音成分に
依拠し、オペレータOP１の出力信号に含まれる
各倍音成分のレベルは巡回型FM回路１０の出力
信号に含まれる各倍音成分に依拠するからであ
る。また破線で示したようにスペクトルエンベロ
ープにおける山谷の差を可変制御することは、オ
ペレータOP１の出力信号振幅係数I₁tすなわちオ
ペレータOP２における変調指数を制御すること
により実現される。これは、第３図において破線
で示すような制御が可能であつたのと同じ理由に
よる。このように、この考案によれば演算パラメ
ータの設定の仕方如何によつてブラス系音色に限
らず他の音色も合成可能であり、しかも豊かな制
御性が期待できる。

尚、並列に設けるオペレータOP２，OP３の数
は２個に限らず、複数個であればよい。また、オ
ペレータOP０〜OP３を個別に設けずに、１台の
オペレータを時分割使用してOP０〜OP３の機能
を果すようにしてもよい。また、ハードロジツク
に限らず、マイクロコンピユータのソフトウエア
処理によつてこの考案を実施することも可能であ
る。

尚、巡回型FM回路１０では複数のオペレータ
を用いて巡回ループを構成するようにしてもよ
い。また、オペレータに含まれる正弦波テーブル
１２は正弦波に限らず、その他の所定波形を記憶
するものであつてもよい。さらにまた、シフト回
路２１は適宜省略することができる。

以上説明したようにこの考案によれば、巡回型
周波数変調演算回路と並設した複数の周波数変調
演算用オペレータとの間に同様のオペレータを挿
入したので、ブラス系音色の合成を簡便に行なう
ことができるようになると共に、その他の音色も
制御性豊かに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示すブロツク
図、第２図は第１図で用いるオペレータの一例を
示すブロツク図、第３図は同実施例で合成するこ
とのできるブラス系音色のスペクトルエンベロー
プの一部分の一例を示すグラス、第４図は同実施
例で合成することのできるピアノ低音域音色のス
ペクトルエンベロープの一例を示すグラフ、であ
る。 OP０，OP１，OP２，OP３……オペレータ、
１０……巡回型周波数変調演算回路、１１，１３
……加算器、１２……正弦波テーブル、１４……
変調波信号入力、１５……搬送波位相入力、１
６，１８……乗算器、１７……搬送周波数制御入
力、１９……振幅制御入力、２０，２１，２２，
２３……シフト回路、（ω_nｔ）……変調波信
号、ω_cｔ，qF位相角データ、ｋ，k₀，k₁，k₂，
k₃……搬送周波数制御係数、It，I₀t，I₁t……変
調指数、Et，E₂t，E₃t……振幅係数。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 自らの出力信号を変調波信号として回帰さ
   せ、この変調波信号と楽音周波数に対応する搬
   送波情報とによつて周波数変調演算を行なう巡
   回型周波数変調演算手段と、この巡回型周波数
   変調演算手段の出力信号が変調波信号として加
   えられ、この変調波信号と楽音周波数に対応す
   る搬送波情報とによつて周波数変調演算を行な
   う第１の演算手段と、並列に設けられ、夫々独
   立に演算パラメータの制御が可能であり、前記
   第１の演算手段の出力信号が各々の変調波信号
   として加えられ、この変調波信号と楽音周波数
   に対応する搬送波情報とによつて周波数変調演
   算を夫々行なう複数の第２の演算手段とを具え
   る楽音合成装置。 ２ 前記巡回型周波数変調演算手段及び前記第１
   及び第２の演算手段の各々は、楽音周波数に対
   応して繰返し変化する位相角データに任意の係
   数を乗算し、前記搬送波情報として出力する第
   １の乗算手段と、前記第１の乗算手段の出力と
   変調波信号とを加算する加算手段と、所定の波
   形を予じめ記憶し、前記加算手段の出力をアド
   レス信号として前記波形を読み出す波形記憶手
   段と、前記波形記憶手段の出力信号の振幅を可
   変制御する第２の乗算手段とを含むものである
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の楽音合成
   装置。