JPS638955Y2

JPS638955Y2 -

Info

Publication number: JPS638955Y2
Application number: JP2495682U
Authority: JP
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1988-03-16
Also published as: JPS58128497U

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色の楽
音を合成する装置に関する。

周波数変調演算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。例えば、自然楽器では音域によつて極端に音
色が変化するものがあり、そのような楽器音を簡
便に合成するのは従来困難であつた。そのような
自然楽器の一例としてはクラリネツトがある。ク
ラリネツトでは低音域は奇数次倍音の強いまろや
かな音であり、高音域はブラスのようなするどい
音である。

この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
周波数変調演算を利用して楽音を合成するものに
おいて、特殊な音色、列えばクラリネツトの音色
等、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、特定の倍音を強調もしくは付加できるような
上記オペレータの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
を達成するようにしたものである。

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、３個のオペレータOP１，OP
２，OP３が縦続的に設けられており、オペレー
タOP２とOP３との間に設けられた加算器１１に
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）の出力信号が加えら
れ、この回路１０の出力信号がオペレータOP２
の出力信号と共にオペレータOP３に与えられる
ようになつている。オペレータOP３の出力信号
が楽音信号として利用される。巡回型FM回路１
０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OP０〜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
与えられる振幅係数は、オペレータOP０乃至OP
３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Εtで示す）または変調
指数に相当する係数（これを仮にΙt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Ιt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Εtを示す。

第１図において、縦続的に設けられたオペレー
タOP１乃至OP３のうち最終段のオペレータOP
３を除く各オペレータOP１，OP２の出力信号が
その次段のオペレータOP２，OP３の変調波信号
入力（第２図の１４）にシフト回路２２，２３を
介して夫々加えられる。最初のオペレータOP１
の変調波信号入力（第２図の１４）には何の信号
も加えられない。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及びシフト回路２０を介して該オペレータOP
０の変調波信号入力（第２図の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。巡回型
FM回路１０すなわちオペレータOP０の出力信
号は縦続的に設けられたオペレータOP１〜OP３
のいずれかの出力信号と加算され、その次段のオ
ペレータの変調波信号として利用される。第１図
では、オペレータOP０の出力信号は加算器１１
でオペレータOP２の出力信号と加算され、シフ
ト回路２３を介して最終段のオペレータOP３の
変調波信号入力に与えられる。シフト回路２０，
２２，２３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，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OP２，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gF（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gF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」（ｑ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OP
０〜OP３の搬送周波数制御入力（第２図の１７）
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gFが入力されるが、これを係数
k₀〜k₃に応じて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，OP２の振幅制御入
力（第２図の１９）には変調指数に相当する振幅
係数Ι₀t，Ι₁t，Ι₂tが夫々与えられる。これらの係
数Ι₀t，Ι₁t，Ι₂t及びシフト量を指示するデータS₀，
S₂，S₃に応じて各オペレータOP０，OP２，OP
３で用いる変調波信号の変調指数が設定される。
最終段のオペレータOP３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Ε₃t
が与えられる。尚、最初のオペレータOP１には
変調波信号が加えられていないため、事実上、位
相角データgFと係数k₁とによつて定まる周波数
の正弦波信号を発生する回路として動作する。

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、縦続的に設けられたオペレータOP１乃至
OP３の系列は従来から知られた多重の周波数変
調演算回路と同じであるが、最終段のオペレータ
OP３の変調波信号として巡回型FM回路１０の
出力信号が加算的に加えられているため、該オペ
レータOP３では２項の変調頂によつて周波数変
調演算が行なわれることになり、特殊な音色を作
ることができる。２項の変調項のうち、オペレー
タOP１及びOP２の縦続回路によつて得られるも
のは単純な周波数変調演算によるものであり、巡
回型FM回路１０によつて得られるものは上述し
たようなそれ特有のものである。従つて、両者を
うまく使い分けることにより特定の倍音を付加し
たりあるいは強調したりすることができ、特殊な
音色を比較的容易に作り出すことができる。

クラリネツトの音色合成について説明すると、
前述の通り、クラリネツトでは低音域が奇数次倍
音の強いまろやかな音色であり、高音域がブラス
のようなするどい音色である。そこで、オペレー
タOP１とOP２による単純周波数変調方式によつ
て合成した変調波信号を低音域の楽音合成のとき
に重用し、巡回型FM回路１０によつて合成した
変調波信号を高音域の楽音合成のときに重用する
ようにする。そのための一例として、各オペレー
タOP０乃至OP３の搬送周波数制御係数をk₀＝
１，k₁＝３，k₂＝４，k₃＝１に夫々設定するとよ
い。そうすれば、オペレータOP１とOP２による
単純周波数変調によつて４倍音、７倍音、10倍音
等を含む信号が合成され、この信号を変調波信号
とする周波数変調によつてオペレータOP３では
３倍音、５倍音等の奇数次倍音の強調された楽音
信号が得られる。また、巡回型FM回路１０から
は倍音成分を多く含む信号が合成され、この信号
を変調波信号とする周波数変調によつてオペレー
タOP３ではブラス的なするどい音色の楽音信号
を合成することが可能である。オペレータOP３
で使用する変調波信号としてオペレータOP２の
出力あるいは巡回型FM回路１０の出力のどちら
を重用するかの制御は、所謂キースケーリングの
方法を用いて、発生すべき楽音の音域に応じてオ
ペレータOP０とOP２の出力振幅係数Ι₀t、Ι₂tを
夫々可変制御することにより達成される。すなわ
ち、低音域の位相角データqFが与えられている
ときは、係数Ι₂tを相対的に大きくし、係数Ι₀tを
相対的に小さくする。高音域の位相角データqF
が与えられているときはΙ₂t，Ι₀tを上記とは逆に
制御する。

この考案の装置は上述のようなクラリネツト音
色に限らず、その他の音色の合成を行なうことも
できる。特に、変調項が２項有るため、上述のよ
うなキースケーリングの手法をその他の音色の合
成の際にも有利に利用することができる。また、
２つの変調項は、キースケーリングに限らずアタ
ツク音効果を付与する場合あるいは特定の発音期
間で特定倍音を付加する場合にも役立つ。例え
ば、フルート音等に見られるようなアタツク時の
サブトーンを付加する場合は、各オペレータOP
０〜OP３の搬送周波数制御係数をk₀＝2.5、k₁＝
１、K₂＝１、k₃＝１に設定し、巡回型FM回路１
０をサブトーン付加のために利用する。その場
合、巡回型FM回路１０の出力信号は2.5倍音、５
倍音等2.5の整数倍の倍音成分を含み（k₀＝2.5で
あるため）、これを変調波信号としてオペレータ
OP３で基本周波数（k₃＝１であるため）を周波
数変調すると、得られる楽音信号は１倍音、1.5
倍音、3.5倍音、４倍音、６倍音等の倍音成分を
含むものとなる。１倍音、1.5倍音、3.5倍音等は
0.5倍音すなわちサブトーンの整数倍音であるた
め、0.5倍音が存在するかのように聴取されるこ
とになり、こうしたサブトーンが付加される。こ
のようなサブトーンをアタツク時に付加するため
には、オペレータOP０の出力振幅係数Ι₀tをアタ
ツク時にのみ大きくするようにすればよい。

尚、縦続的に設けるオペレータOP１〜OP３の
数は３個に限らず、それ以上であつてもよい。ま
た、最初のオペレータOP１には周波数変調機能
が要求されないので単なる正弦波（または所定波
形）発生器を用いてもよい。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、各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２２，２３は適宜省略することもできる。

以上説明したようにこの考案によれば、周波数
変調演算で用いる変調項が単純周波数変調演算に
よつて得たものと巡回型周波数変調演算によつて
得たものとの２項となるので、両項の振幅比率を
制御することにより特定のあるいは特殊な倍音を
付加もしくは強調することが容易に行なえるよう
になり、クラリネツトその他特殊な音色を簡便に
合成することができるようになる。

【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、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、２０，２２，２３…
…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、Ιt，Ι₀t，Ι₁t，Ι₂t……変調
指数、Εt，Ε₃t……振幅係数。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１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演算手段
を複数具備し、前記各演算手段の出力信号が
各々の次段の前記演算手段の前記変調波信号と
して加えられるように前記各演算手段を縦続的
に設けた演算系列と、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を
具え、前記巡回型周波数変調演算手段の出力信
号を前記演算系列におけるいずれかの演算手段
の出力信号に加算してその次段の演算手段の変
調波信号として用いるようにしたことを特徴と
する楽音合成装置。２前記巡回型周波数変調演算手段の出力信号を
前記演算系列における最終段から２番目の演算
手段の出力信号に加算して最終段の演算手段の
変調波信号として用いるようにした実用新案登
録請求の範囲第１項記載の楽音合成装置。３前記最終段の演算手段に与える前記巡回型周
波数変調演算手段の出力信号及び前記最終段か
ら２番目の演算手段の出力信号の振幅が夫々独
立に制御可能である実用新案登録請求の範囲第
２項記載の楽音合成装置。４発生すべき楽音の音域に応じて前記巡回型周
波数変調演算手段の出力信号及び前記最終段か
ら２番目の演算手段の出力信号の振幅を夫々各
別に制御する実用新案登録請求の範囲第３項記
載の楽音合成装置。５楽音発音中の所定期間に応じて前記巡回型周
波数変調演算手段の出力信号及び前記最終段か
ら２番目の演算手段の出力信号の振幅を夫々各
別に制御する実用新案登録請求の範囲第４項記
載の楽音合成装置。６前記巡回型周波数変調演算手段及び前記演算
系列における各演算手段の各々は、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項乃至第５項
のいずれかに記載の楽音合成装置。