KR0121292B1

KR0121292B1 - 악음신호 합성장치

Info

Publication number: KR0121292B1
Application number: KR1019910013674A
Authority: KR
Inventors: 노리오 스즈끼; 다까아끼 무또
Original assignee: 가와까미 히로시; 야마하 가부시끼가이샤
Priority date: 1990-08-08
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1997-11-17
Also published as: DE69118462D1; TW198169B; EP0470566A1; EP0470566B1; JPH0496000A; JP2722795B2; CN1023580C; KR930004923A; SG52559A1; DE69118462T2; US5313013A; CN1059046A; HK188696A

Abstract

본 발명은 약음신호를 순환시키는 루프회로와, 전기 루프회로에 구동파형을 인가하는 수단과 전기루프회로내에 접속되고 순환하는 악음신호에 음의 높이에 대응한 지연시간을 부여하는 지연회로와, 그리고 전기루프회로내에 접속되고 주파수에 따라 위상을 변화시킬 수 있는 가변 올패스필터를 포함하는 악음신호 합성장치로서, 자연악기에서 터치에 의해서 유발된 피치의 진동과 비조화적 성분의 발생을 실현하기 위하여 악음이 터치에 따라 제어될수 있고, 여러 특성이 터치에 따라 변화될 수 있도록 되어 있다.

Description

악음신호 합성장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 전자악기의 전체구성을 나타내는 블록도이다.

제2도는 제1도에 있어서 음원회로의 구성예를 나타내는 블록도이다.

제3도는 제2도에 있어서 올패스(all pass)필터의 구성예를 나타내는 블록도이다.

제4도는 종래의 음원회로의 구성예를 나타내는 블록도이다.

제5도는 건반악기의 터치(touch)검출회로의 예를 나타내는 블록도이다.

제6도는 건반에 있어서 제1과 제2의 접점의 구조예를 개략적으로 도시하고 있다.

제7a도는 관악기형 전자악기의 외관을 도시하는 개략도이다.

제7b도는 관악기형 전자악기의 단부의 구조를 개략적으로 도시하고 있다.

제7c도는 관악기형 전자악기의 터치검출회로를 나타내고 있다.

제7d도는 초기터치신호를 설명하기 위한 그래프이다.

제8a도는 타악기형 전자악기의 초기터치검출회로를 나타내는 불록도이다.

제8b도는 초기터치의 검출을 설명하기 위한 그래프이다.

제9도는 어드레스 발생회로의 구성예를 도시하는 불록도이다.

재10a도는 제3도에 도시된 올패스필터의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

제10b도는 제10a도와 등가의 회로를 다른 회로형식으로 도시하고 있다.

제11도는 샘플링주기와 wT의 변화관계를 나타내는 그래프이다.

제12도는 올패스필터에 주어지는 증폭계수의 시간변화를 나타내는 그래프이다.

제13도는 올패스필터에 주어지는 지연단수 n의 시간변화를 나타내는 그래프이다.

제14도는 메모리형으로 구성한 엔벨로프제너레터의 구성을 나타내는 불록이다.

제15도는 엔벌로프제너레터를 이용한 변환데이블의 구성예를 도시하고 있다.

제16도는 연산형의 엔벨로프제너레터의 구성예를 도시하는 불록도이다.

제17도는 변환테이블을 도시하는 도면이다.

제18도는 지연회로의 구성예를 도시하는 불록도이다.

제19도는 루프위로를 지연회로와 올패스필터로 구성한 예를 나타내는 불록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의설명

10 : 중앙처리장치(CPU) 11 : 판독전용기억장치(ROM)

12 : 등속호출기억장치(RAM) 13 : 건반회로

14 : 터치정보검출회로 16 : 조작판넬

17 : 음원회로 18 : 사운드시스템

19 : 스피커 21 : 어드레스발생기

22 : 구동파형메모리 23: 지연회로

24 : 필터 25 : 올패스필터

26 : 변환테이블 27 : 비교기

28 : 피치엔벨로프 제너레터 29 : 승산기

30 : 변환회로 31,32 : 증폭기

33 : 지연회로 34,35 : 가산기

40: 건반 41 : 제1접점의 군

42 : 제2 접점의 군 43 : 건반용 CPU

44 :프로그램기억부 46 : 이중포트메모리

48 :카운터 51 :건

52 :지지점 53 : 햄머

54 :지지점 55,56 :돌출부

57 :제1점점 58 : 제2접점

60 :관악기본체 61 : 마우스피스

62 : 키이 63 :압력센서

64 :외팔보 65,66 :아날로그-디지탈변환기(A/D)

67 :CUP 68 : 타이머

69 :메모리 71 : 진동센서

72 : 아날로그-디지탈변환기(A/D) 73 : CUP

74 : 타이머 75 : RAM

81 :전가산기 82 : 지연회로

83 : 앤드회로군 84 : 비교기

85,86 : 래치회로 88 : 가산기

91 :전가산기 92 : 지연회로

93 : 앤드회로군 94,95 :테이블

96,97 :래치회로 98 : 카운터

99 : 어드레스 100 : 승산기

102 : 테이블 103 : 승산기

104 :증폭기 105 : 가산기

106 : 전가산기 107 : 지연회로

108 : 앤드군회로 109 : 테이블

111,112 : 래치회로 113 : 테이블

114 : 다운카운터 116117 : 변환테이블

112,112-126 : 지연회로 128 : 셀렉터회로

[발명의 분야]

본 발명은 지연수단과 필터수단을 포함하는 폐루프(closed loop)에 구동파형신호를 입력하고, 폐루프내를 순환시키는 것에 의해서 파형(波形)처리하여 악음(樂音)신호를 합성하는 악음신호 합성장치, 소위 지연피드백형 악음합성 알고리즘을 이용한 악음신호 합성장치에 관한 것으로서, 특히 전자악기용으로서 자연악음에 가까운 악음제어가 가능한 악음신호 합성장치에 관한 것이다.

[관련기술의 설명]

파형판독형의 악음신호 합성장치에 있어서는 예를 들어 싸인(sine)파를 나타내는 기본파형을 속도를 변환시켜 판독하는 것에 의해서 음의 높이가 다른 악음신호를 합성한다.

주파수가 높게 되면 기본파형내의 샘플점(点)의 수를 감소시키므로 합성된 악음신호의 특성이 나빴었다. 또한 신호파형을 시간의 흐름에 따라 변환시키는 것이 어려웠었다.

일본국 특허공개 제 58-58679호는 필터와 지연회로를 루프상으로 접속하고, 거기에 구동파형신호를 입력하고, 루프내를 반복하여 순환시키는 것에 의해서 악음을 합성하는 기술을 제안하고 있다. 이 기술에 의하면, 파형판독방식에 비하여, 신호의 진폭, 고주파함유율 고주파 위상관계를 시간과 함께 크게 변화시킬 수 있고, 지연악기에 보다 근사한 악음을 형성할 수 있다.

최근의 전자악기에 있어서는 터치에 의해 각종의 특성을 변화시키는 기술이 일반화되고 있다. 예를 들면 터치에 대응하여 음량엔벨로프를 제어하고, 자연악기에서 나타나는 것과 마찬가지고 어택(attack)-디케이(decay)-서스테인(sustain)-릴리즈(release)를 실현한다. 또한, 터치에의해서 유발된 음높이의 요동을 실현하는 것도 있다.

피아노 등의 자연악기에 있어서는, 음량의 터치로 변화할 뿐만 아니라, 건(鍵)을 치면 그 직후 피치(pitch) 즉, 음높이나 배음(倍音)구조가 어긋나고, 그후 시간의 경과에 따라서 본래의 지정된 음높이나 배음구조룰 돌아간다. 배음구조에 대해서 살펴보면, 건반을 친 직후는 기본음의 음높이에 대해서 정수나 간단한 분수로 표현할 수 있는 음높이를 갖는 조화뿐만 아니라, 비(非)조화적인 피치음을 상대적으로 많이 포함한다. 시간의 경과에 따라서 비조화적인 피치성분은 감소되고 깨끗한 배음구조가 남는다.

[발명의 요약 ]

본 발명의 목적은 터치에 의해서 악음을 제어할 수 있는 지연피드백형 악음합성 알고리즘을 이용한 악음신호 합성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 터치에 의해서 각종의 특성을 가변할 수 있고 자연악기에서 보여지는 터치에 의한 피치의 요동이나 비조화적 배음의 발생을 재현하는 것이 가능한 악음신호 합성장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 악음신호를 순환시키는 루프회로와 전기 루프회로에 구동파형을 인가하는 수단과, 전기루프회로내에 접속되고, 순환하는 악음신호를 음높이에 대응한 지연시간을 주는 지연회로와, 전기루프회로내에 접속되고, 주파수에 따라 위상을 변화시킬 수 있는 가변 올패스필터를 포함하는 악음신호 합성장치가 제공된다.

[발명의 구체예에 대한 설명]

본 발명의 이해를 돕기 위하여, 우선 지연피드백형 악음합성장치를 설명한다.

제4도는 일본국 특허공개 제 소 58-58679호에 개시된 것과 유사한 음원(音源)회로(악음신호 합성장치)를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 어드레스발생기(21)는 도시하지 않은 CPU 등으로부터의 발음지령에 근거하여 어드레스신호를 발생한다.

구동파형 메모리(22)는 이어드레스신호에 근거해서 구동파형신호를 발생하여, 지연회로(23)와 필터(filter)(24)로 된 페루프에 주입한다. 구동파형신호는 루프내를 순환한다. 지연회로(23)가 1회의 순환에 필요한 시간, 즉 악음신호의 피치가 발생되는데 필요한 시간을 정하고, 로우패스(low pass)필터(24)는 피치가 높아질수록 감쇠율이 높아지는 감쇄특성을 부여한다. 악음신호는 폐루프내의 임의의 점으로부터 취출할 수 있다.

이하 도면을 이용하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.

제1도는, 본 발명의 일실시 예에 따른 전자건반악기의 전체구조를 나타내는 전체블록도이다.

이 전자건반악기에 있어서는, 중앙처리장치(CPU)(10)가 전체동작을 제어한다. CPU(10)에는 쌍방향버스라인(BUS)를 통하여 판독전용기억장치(ROM)(11), 등속호출기억장치(RAM)(12), 건반회로(13), 터치정보 검출회로(14), 조작판넬(16) 및 음원회로(17)가 접속되어 있다. 또한 음원회로(17)에는 사운드 시스템(sound system)(18)이 접속되어 있고, 사운드 시스템(18)에는 스피커(19)가 접속되어있다.

제1도에 있어서, ROM(11)에는 CPU(10)의 제어프로그램이나, 각종 악음발생을 위하여 필요한 데이터가 저장되어 있다.

RAM(12)은 각종 악음 발생을위하여 필요한 일시기억장소나 레지스터로 이용된다.

건반회로(13)는 터치 검출가능한 건반을 구비하고, 건반에 있어서 건조작을 검출하고,조작된 건을나타내는 키이코드(KC) 및 그의 건누름상태를 나타내는 키이온(kon)신호, 건누름해제상태를 나타내는 키이오프(KOFF)신호를 발생한다.

터치정보검출회로(14)는 건반에 있어서, 조작된 건의 건누름 또는 건누름해제의 속도를 검출하고, 건누름속도를 나타내는 초기터치정보(IT) 및 건누름해제속도를 해제터치정보(RT)를 발생시킨다.

조작판넬(16)은 음색전환이나, 그외에 전자악기에 필요한 파라미터(parameter)의 설정을 행하기 위한 것이다.

음원회로(17)는CUP(10)으로부터 주어지는 파라미터에 근거해서 악음신호를 합성한다.

사운드시스템(18)은 음원회로(17)가 출력하는 디지털데이타를 스피커(19)에구동하기 위한 아날로그데이타로 변환하고 필요에따라 아날로그 데이터를 중폭한다.

제2도는 제1도에 있어서 음원회로(17)의 구성을 나타낸다. 이 음원회로(17)는 터치에 의해 필터계수를 변화시킨다 어드레스 발생기(21)가 발생하는 어드레스신호에 따라 구동파형메모리(22)로부터 구동파형이 판독되고, 루프회로에 인가되는 점은 제4도의 회로와 동일하다. 루프회로내에서 필터(24)와 직렬로 올패스필터(25)가 접속되어 있다. 올패스필터(25)에는 필터계수를 주기 위한 필터계수 발생회로가 접속되어 있다. 변환테이블(26), 비교기(27) 및 피치엔벨로프 제너레터(pitch envelope generator)(28)는 필터계수발생회로를 구성한다.

지연회로(23), 로우패스필터(24) 및 올패스필터(25)는 지연피드백루프를 구성한다. 지연피드백루프의 지연총량은 출력해야할 악음의 피치(음높이)에 대응한다. 올패스필터는 소정의 사용대역(帶域)에 있어서,진폭특성이 평탄하고, 위상만이 주파수에 의존하는 필터이다. 어떤 주파수의 신호가 루프를 한바퀴 돈때 원래의 신호와 위상이 맞는가 맞지 않는가는 루프의 지연특성, 즉 올패스필터의 주파수특성에도 의존하게된다.

제2도의 회로의 동작을 이하에 설명한다. 어드레스발생기(21)는 제1도에 도시한 CPU(10)로부터, 메모리판독 스타트신호(ST), 메모리판독개시점(스타트포인트)(SP) 및 판독데이타의 싸이즈(DS)의 각 정보를받고, 이들의 신호 및 정보에 근거하여 구동파형메모리(22)로부터 구동파형을 판독하기 위한 어드레스정보를 발생한다.

구동파형메모리(22)는 이어드레스정보에 의해 어드레스된 구형파형을 출력하고, 이구동파형을 전기지연회로(23), 필터(24),올패스필터(25)를 포함하는 루프에 주입한다.

지연회로(23)는 입력을 일정시간 지연하여 출력하는 것으로,시프트레지스터(shift register)또는 RAM등에 의해 구성할 수 있다. DL은 음의 높이를 나타내는 키이코드(KC)에 근거하여 변환회로(30)에서 발생되는 지연회로(23)의 지연단수를 나타낸다. 지연회로(23)가 시프트레지스터에 의해 구성되어 있는 경우에는,DL은 시프트레지스터의 단(stage)수가 된다.

필터(24)는 제4도의 음원에 이용되고 있는 필터(24)와 같은 감쇠의 어떤 필터이다. 고음일수록 강한 감쇠를 주기위해서, 필터(24)는 통상의 로우패스필터이지만, 특정의 음색을 실현하는 밴드(band) 패스필터 등을 아울러 이용해도 좋다. 즉 필터(24)는 출력악음의 주파수특성과, 감쇠특성을 실현하기 위하여 이용된다. 필터(24)에는 피터의 컷오프(cut-off)주파수 또는 감쇠율등이 필터파라미터(FPS)로서 CPU(10)로부터 주어진다. 또한 FIR나 IIR와 같이 아날로그적인 취급이 곤란한 통상의 디지털필터를 이용한 경우에 있어서는, 필터계수의 세트가 필터파라미터(FPS)로서 주어진다.

올패스필터(25)는 필터(24)와 달리 기본적으로 감쇠가 없고, 주파수에 의존한 지연시간만을 부여한다. 지연시간을 부여한다는 점에서 지연회로와 유사하나, 지연시간에 주파수 의존성을 부여할 수 있다는 점에서 지연회로와 다르다.

변환테이블(26), 비교기(27) 및 피치앤벨로프제너레터(28)로 이루어진 필터계수발생회로는, 올패스필터(25)의 주파수 의존성을 지배하는 필터계수 α 및 주파수에 따르지 않는 지연시간을 지시하는 필터계수 n을 설정하기 위한 것이다.

피터계수 α를 결정하기 위해서는, 우선 비교기(27)에 있어서, CUP(10)로부터 공급되는 초기터치정보(IT)와 임계정보(TO)가 비교된다. 피아노에서는 어느정도 강한 건누름에 대하여 피치변화가 생기는 것을 대응시키고, 어느 임계치이상의 초기터치의 경우에 한하여 출력I을 발생한다. 임계정보(TO)는 연주자가 조작판넬(16)로부터 부여하여도 좋고, 음색에 대응하여 미리 ROM(11)에 프리세트된 정보를 이용하여도 좋다.

또한 터치에 의한 피치변화를 부여하고 싶지 않을 때에는 조작판넬(16)에 설정된 임계정보(TO)를 최대한으로 하면 좋다. 그러면 ITTO로 되어 출력신호 0이 항상 발생한다.

또한 임계정보가 ROM(11)에 프리세트되어 있는 경우는, 별도로 스위치를 설치하여 피치변화를 시키지않을 때 비교기를 불능화하여도 좋다.

피치엔벨로프 제너레터(28)는 초기터치(IT)와 기이코드(KC)에 대응하여 피치엔벨로프커브(pitch envelope curve)를 출력한다. 터치가 심할수록 피치어긋남이 큰쪽이 자연악기연주시의 실제의 감각에 잘 대응하고 있기 때문에, 피치엔벨로프커브를 초기터치(IT)에 의존시킨다. 또한 고음은 일반적으로 감쇠가 급격하므로 그것에 대응하여 피치엔벨로프도 급격히 변화시키지 않으면 안되기 때문에 키이코드(KC)에 의존시킨다. 즉 키이스케일링(key scaling)한다.

피치엔벨로프제너레터(28)의 후단의 승산기(29)는 피치엔벨로프제너레터(28)의 출력과 비교기(27)의 출력(0이나1)를 승산(乘算)하여, 임계값 TO 이상의 초기터치 IT의 경우 올패스필터(25)에 대하여 피치변화를 주든가 신호를 변한테이블에 공급한다. 즉, 비교기(27)의 출력이 0일때에는, 피치엔벨로프제너레터(28)의 출력에도 불구하고 승산기(29)의 출력이 0이되고, 피치변화를 하지 않는다. 비교기(27)의 출력이 1일때에는, 피치엔벨로프제너레터(28)의 출력이 그대로 승산기(29)의 출력이 되고, 변환테이블(26)에 주어진다.

변환테이블(26)은, 피치엔벨로프제너레터(28)가 출력하는 피치엔벨로프를 실제의 피치변화에 대응한 올패스필터(25)의 필터계수 α로 변환하는 테이블이다. 또한, 변환테이블(26)은 키이코드(kc)를 또 다른 필터계수인 지연단수 n로 변환하는 테이블이기도 하다. 이 피라미터n에 따라 피치변화의 폭이 지어된다. 변환테이블(26)에 의해서 주어지는 계수 α 및 n이 올패스필터(25)에 주어진다.

제3도는, 일반적으로 1차 올패스필터의 구성예를 나타낸다. 지연회로(33)의 입력측, 출력측에 가산기(34)(35)가 접속되어 있다. 출력은 증폭계수 α의 증폭기(32)를 통하여 입력측가산기(34)에 동일 위상(相)으로 피드백되고, 입력은 증폭계수 α의 증폭기(31)를 통하여 출력측 가산기(35)에 역상(逆相)으로 피드 포오드 (feed forward)된다. 증폭기(31)(32)의 증폭계수 α를 변화시킴으로써, 위상변화의 주파수특성을 각양각색으로 변화시킬 수 있다. 예를들면, 증폭계수 α가0일때에는, 이 올패스필터는 단지 지연회로로 되고 모든 주파수에 걸쳐서 같은 지연시간을 부여한다. 일반적으로 이구성의 올패스필터에서는 증폭계수 a가 1에 가까워짐에 따라 주파수에 의한 위상의 어긋남이 크게 되어간다.

제3도의 올패스필터에는 키이코드(kc)에 대응한 지연단수 n이 지연회로(33)(예를들면,시프트레지스터)의 단수n으로서, 또는 키이코드(KC) 및 초기터치((IT)에 의존하여 피치앤벨로프제너레터(28)(제2도)로부터 출력되는 시간적으로 변화하는 계수 α가 증폭기(31)(32)의 증폭계수 α로서, 제2도의 변환데이블(26)으로부터 공급된다. 이것에 의해, 제2도의 음원회로(17)에서는 이들의 계수 a 및 n에 따라 피치가 변화하는 악음이 합성된다.

이상 설명한 바와 같이, 제3도에 나타낸 것과 같은 올패스필터를 이용한, 제2도에 도시한 바와 같은 음원회로를 갖는, 제1도에 도시된 바와 같은 전자악기에 있어서, 연주조작의 터치에 대응하여 악음을 섬세하게 변화시킬 수가 있다.

이하 그 요부에 대하여 변형예를 포함하여 보다 상세하게 설명한다.

우선, 터치신호를 검출하는 기구에 대해서 설명한다.

제5도는 건반악기의 터치검출회로의 예를 도시하고 있다.

건반(40)은 다수의 건을 갖고 있으며, 각 건에는 제1접점과 제2접점이 설치되어 있다. 제1접점의 군(群)(41)과 제2접점의 군(群)(42)은 각각 건반용 CUP(43)에 접속되어 있다. 카운터(48)는 클럭(clock)신호(CL)를 연속적으로 카운트하고, 그 카운트값을 건반용CPU(43)에 공급한다.

건반용 CUP(43)가 어느 건의 제1접점의 접촉을 검출하면, 그 시점에서의 런닝카운터의 값을 기억하고, 계속해서 제2접점이 검출되면 그 시점에서의 런닝카운터의 값을 기억한다. 제2접점의 접촉을 검출한 시점의 카운터의 값으로부터 제1접점의 접촉을 검출한 시점의 카운터의 값을 감산(減算 )하는 것에 의해, 제1접점의 접촉으로부터 제2접점의 접촉까지의 카운트수, 즉 시간을 검출한다.

터치가 강하면 카운트수는 작게 되고, 터치가 약하면 카운트수가 크게 된다. 이와 같이, 터치를 나타내는 카운트수는 건반용 CPU(43)에서 변환되어 터치정보로 되어, 이중포트메모리(dual port memory)(46)의 소정의 영역에 기억된다. 이들의 처리는 프로그램기억부(44)에 기억된 프로그램에 따라서 실행된다. 이중포트메모리(46)는 버스(BUS)에도 접속되어 있다. 악기본체의 CUP(10)와 건반용 CUP(43)는 메모리를 통하여데이터를 주고받는다. 제6도는, 건반에서 제1접점과 제2접점의 구조예를 개략적으로 도시하고 있다. 건(51)은 지지점(52)에서 회전가능하게 지지되어 있다 건(51)이 하방으로 눌려내려가면, 지지점(54)에서 회전가능하게 지지된 햄머(53)를 하방으로 누른다, 햄버(53)의 맡면에는 두 개의 돌출부(55)(56)이 설치되어 있고, 적어도 이들의 돌출부(55)(56)는 탄성체로 구성되어 있다.

햄머(53)가 하방으로 구동되면, 우선 제1접점(57)이 눌려져 접속되고, 계속해소 제2접점(58)이 접속된다. 아와 같은 제2접점(57)과 제2접점(58)의 접촉을 제5도에 도시된 건반용 CPU(43)가 검출한다.

제7a도는 관악기형 전자악기의 외관을 도시하고 있다. 관악기 본체(60)의 주요부에는 음의 높이를 지정하기 위한 다수의 키이(62)가 설치되어 있다. 또한, 관악기본체(60)의 일단에는 마우스피스(61)가 접속되어있다. 마우스피스를 끼우고, 마우스피스(61)로 공기를 불어넣고, 키이(62)를 조작하는 것에 의해 솜낭의 악음신호가 발생한다.

제7b도는 관악기본체(60)의 마우스피스(61)를 빼낸 다수의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.

압력센서(63)는 연주자의 숨을 내쉬는 압력을 검출한다. 또한 외팔보(64)는 연주자의 입을 막는 정도에따라 레버가 전후로 움직이도록 구성되어 있고, 그 위치에 따른 출력을 준다. 즉, 외팔보(64)는 언주자의 암부슈어(embouchure)를 검출한다.

외발보(64)는 관형조작자(操作子)의 리드(lead)와 접촉하고 있고, 리드의 움직임을 검출한다. 리드자체는 자연관악기와 같이 진동하는 것이 아니고, 연주자의 입의 상태에 의해 움직이는 정도이다.

제7c도에 관악기형 전자악기의 터치검출회로를 도시하고 있다. 압력센서(63)와 외팔보(64)는, 숨을 내쉬는 압력, 압부슈어에 따른 아날로그신호를 아날로그- 디지털변환기(65)(66)에 공급한다. 아날로그- 디지털변환기(65)(66)는 입력하는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 CPU(67)에 공급한다. 타이머(68)는 클럭신호(Cl)를 카운트하고, CPU(67)에 카운트값을 공급한다. CPU(67)은 소정의 카운트동안에 압력, 암부슈어가 어느정도 변화했는가를 검출하고, 터치신호를 형성하여 메모리(69)에 기억시킨다. 메모리(69)는 전자악기 본체의 버스에 접속되어, 전자악기의 본체의 CPU와 데이터를 주고받는다.

관악기의 경우, 터치신호는 압력센서(63)가 검출하는 숨을 내쉬는 압력신호로부터 작성될 수 있다.

제7d도는, 초기터치신호(IT)의 검출을 설명하기 위한 그래프이다. 횡축에 시간 t를 표시하고, 종축에 숨을 내쉬는 압력을 표시한다. 숨을 내쉬는 압력은 시간의 경과에 따라서 서서히 올라가고, 얼마있어 최고치에 도달한후에 완만히 감소하는 경우를 나타내고 있다.

숨을 내쉬는 압력이 어느 임계레벨 BRO을 넣은후, 소정시간 Tw의 동안에 어느정도 변화하는가를 검출한다. 시간Tw의 경과는 타이머(68)로부터 공급되는 카운터값을 카운트함으로써 행해진다. 신간 Tw 경과 후의 숨을 내쉬는 압력 IT를 초기터치로서 검출한다. 이와 같은 초기터치의 검출은, 숨을 내쉬는 압력을 검출한때의 인터럽트처리에 의해 행해진다.

제8a도, 제8b도는 관악기의 경우에 터치검출을 나타내고 있다.

제8a도는 타악기형 전자악기의 초기터치검출회로를 나타내고 있다. 타악기형 전자악기의 연주부에 설치된 진동센서(71)는, 진동을 검출하고, 검출신호를 아날로그-디지탈변환기(72)에 공급한다. 아날로그-디지탈변환기는(72)는 디지털신호로 변환한 신호를 CPU(73)에 공급한다. 타이머(74)는 클럭신호를 카운트하고시간신호를 CPU(73)에 공급한다. CPU(73)는 초기터치를 검출하고, 초기터치를 정보를 RAM(75)에 기억시킨다.

제8b도는 초기터치의 검출을 설명하기 위한 그래프이다. 타악기에서는 검출된 신호가 제8b도에 도시된 바와 같이 교류적이다. 검출신호가 교류적이기 때문에, 예를들면 검출신호를 1회 로우패스필터에 통과시킴으로써 점선으로 표시한 것과 같은 엔벨로프신호를 얻는다. 이 엔벨로프신호를 이용하여, 제7d도와 관련하여 설명한 것과 같은 방법에 의해 초기터치신호를 검출한다.

또한 타악기의 경우에서 설명했지만은, 현의 진동을 검출하는 현악기형 전자악기에 있어서도 유사한 검출방법을 적용할 수 있다. 이와 같이 하여, 여러 가지 연주형태를 갖는 전자악기의 연주부로부터 초기터치신호를 검출할 수가 있다. 또한, 악기의 형태에 따라, 음의 높이를 나타내는 키이코드(KC)나 그외의 악음형성파라미터도 검출되는것도 당업자에게 자명한 것이다.

다음에, 제2도에 도시한 음운회로의 주요 구성요소에 대해서 설명한다.

제9도는 어드레스발생회로(21)를 나타내고 있다.

전 가산기 (full adder)(81), 지연회로 (82), 앤드회로군(83)는 직렬로 접속되어 루프회로를 구성한다. 비교기(84)는 A입력과 B입력을 비교하고, A입력 쪽이 클 때 1을 전가산기(81)로 공급한다. 비교기(84)의 A입력은 래치(latch)회로(85)에 접속되어 있다. 또한, 루프회로의 출력은 가산기(88)를 통하여 어드레스신호로서 출력된다. 가산기(8)에는 래치회로(86)의 출력이 인가된다. 래치신호(85)(86)는 각각 테이터싸이즈(DS) 및 스타드포인터(SP)가 래치한다.

스타트펄스(SP)가 주어지면, 앤드회로군(83)에 의해 루프회로의 테이터가 리세트된다. 그 후 루프에 있는 값이 DS보다 작으면, 전 가산기(81)에서 신호가 1씩 증가한다. 루프에 있는 값이 DS에 도달한 경우는, 비교기(84)의 출력이 0으로 되어 루프의 증가작동은 정지한다. 루프의 값은 가산기(88)에 의해 어드레스의 개시점을 나타내는 스타드포인터(SP)와 가산되고, 어드레스신호(AD)로서 출력된다.

제10a도는, 제3도에 도시한 올패스필터의 기능을 설명하기 위한 것이다. 입력을 X축, 출력을 Y축으로하고, 증폭율을 K, 지연회로의 지연정수를 Z^-1으로 표시하고 있다.

이와같이 나타내면 , 출력Y는 다음의 식으로 표현될 수가 있다.

Y=KYZ-1 + XZ-1 -KX

Y(1-KZ-1)=X(Z-1-K)

Y/ X=(Z-1-K)/ (1-KZ-1)

제10b도는, 제10a도와 등가의 회로를 다른 회로형식으로 나타낸 것이다.

전달함수

H(Z)=(Z-1-K)/ (1-KZ-1)

의 지연특성은

r(ω)=T(1-K2)/ (1-2KCOSωT+K2)

로 된다. 단, ω는 각속도이고, r(ω)는 가속도에 대한 지연시간이다. 제11도는 샘플링주기 T와 지연시간의 비를 ωT의 변화에 대하여 플로트한 도면이다. 이 관계는 위상각과 주파수와의 관계이다. 또한 이것을 각 주파수와 지연량과 관계로 고쳐 표시하면, 점선과 같이 된다.

이와 같이, 제3도의 회로에서 증폭기(31)(32)의 증폭율 α(윗식에서 K)를 변화시키면 위상각이 주파수에 의해 크게 변화하는 것을 알 수 있다.

제12도는 울패스필터(25)에 주어지는 증폭계수 α의 시간변환의 예를 나타내는 그래프이다. 건반의 건누름 등에 대응하는 키이온(KON)에 대응하여 증폭계수 α는 1에 가까운 값으로 급상하고, 그 후 지수함수적으로 감소한다. α가 1에 근접하면, 제11도로부터 알 수 있는 바와 같이 비조화성분이 많이 발생한다. 또한 증폭계수 α를 1로 하면, 올패스필터가 직류에 대해서 발산해 버리기 때문에 α1로 한다.

또한, 제13도는 올패스필터(25)에 주어지는 지연단수 n의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 키이온(KON)에 의해서 지연단수 n은 기준지연치 N으로부터 소정량 감소하고, 그후 서서히 증가하여 원래의 기준지연치 N에 접근한다.

일반적으로 피아노등에서는 , 타현시에 피치가 상승하고, 그후 서서히 일정치에 수렴한다. 이것을 지연단수로 표현하려고 하면, 키이온(KON)의 시점에서 지연단수를 적게하고, 그후 서서히 일정치에 수렴시키면 좋다.

제14도는 메모리형으로 구성한 엔벨로프 제너레터(28)의 구성을 나타내고 있다.

전 가산기 (91), 지연회로(92),앤드회로군(93)은 제9도와 규사한 루프회로를 형성한다. 래치회로(96)(97)은 키이코드(KC) 및 초기터치(IT)의 정보를 래치하고, 키이코드로부터 누산치(累算値)를 산출하는 테이블(94) 및, 초기터치로부터 계수를 산출하는 테이블(95)에 각각의 정보를 공급한다. 이들의 래치회로(96) (97)은 스타트펄스(ST)를 받아 능동화된다. 스타트펄스(ST)는 또한 카운터(98)를 리세트한다. 카운터(98)는 전가산기(91)로부터 캐리아웃(carry out)을 입력한다. KC에 따른 값이 루프에 의해 누산됨으로써 전 가산기(91)로부터 캐리신호가 발생하고, 그것에 의해 카운터(98)의 값이 증가한다.

카운터(98)의 값이 최대치에 도달하면 카운드는 정지하고, 최대치를 계속 유지하게 된다. 키이코드(KC)로부터 누산치를 산출하는 테이블(94)에는 키이코드(KC)가 크게 됨에 따라서 큰 값이 설정되어 있다. 그 때문에 높은 음일수록 엔벨로프가 빨리 진행하게 된다.

카운터(98)의 카운트 값은 메모리(98)의 어드레스로 되고, 메모리(99)로부터 도면에 도시된 것과 같은 파형의 신호를 반독한다. 메모리(99)로부터 판독된 신호는 테이블(95)로부터 공급되는 계수와 승산기(100)에서 승산되어 초기터치(IT)에 대응하는 피치엔벨로프(IT)를 발생한다.

이 피치엔벨로프(IT')는 도면 우측에 도시한 바와 같이, 입력이 클수록 피치가 크게 변화한다. 또한 피치엔벨로프 IT'가 0일 때는 전체의 피치가 키이코드(KC)의 피치와 같게 된다.

이하, 제2도에 도시한 변환테이블(26)의 구성예에 대해서 설명한다. 제15도는, 제14도의 엔벨로프발생회로를 이용한 변환테이블의 구성예를 도시하고 있다. 증폭계수 α에 관해서는 공급되는 피치엔벨로프(IT')를 그대로의 형태로 이용할 수 있다. 지연단수 N에 관해서는, 기본지연길이 N으로부터 감산을 하는 처리가 필요하게 된다. 여기서, 키이코드에 따라 지연길이를 변화시키는 범위를 스케일링시킬 필요가 있으므로, 키이코드(KC)로부터 계수를 산출하는 테이블(102)를 이용하여 키이코드에 대응한 계수를 발생시킨다. 이 계수는, 승산기(103)에서 피치엔벨로프와 승산되고, 증폭기(104)에서 부호가 역으로 되어, 가산기(105)에서 기본지연길이 N에 가산(감산)된다. 이와같이 하여 지연길이 n이 발생한다.

제16도는 연산형의 엔벨로프제너레터의 구성예를 도시하고 있다. 전 가산기(106), 지연회로(107),앤드회로군(108)이 루프회로를 구성하고 있고, 키이코드로부터 누산치를 산출하는 테이블(109)이 출력이 전 가산기(106)에 인가되어 있다. 키이코드(KC)는 래치회로(11)를 통하여 테이블(109)에 공급된다. 또한, 초기터치(IT)는, 래치회로(112)를 통하여 계수를 산출하는 테이블(113)에 공급된다. 테이블(113)의 출력은 다운카운터(114)에 주어진다. 스타트펄스(ST)는 래치회로(111)(112) 및 다운카운터(114)에 공급된다. 스타트펄스(ST)가1로 될 때 다운카운터(114)는 IT의 값을 부과한다. 그 후, 전 가산기(106)으로부터의 캐리가 발생할때마다 다운카운터(114)는 다운카운터를 속행한다. 이와같이 하여, 초기터치(IT)에 대응한 값이 최초로 다운카운터에 세트되고, 키이코드(KC)에 대응한 타이밍으로 한 개씩 감산되는 것에 의해, 어느 값으로부터 0까지의 리니어(linear)적인 감소함수를 얻는다. 여기서 다운카운터는 0으로 되면 다운카운트를 중지하고, 0을 계속해서 출력하게 된다.

제16도에서 피치엔벨로프는 선형으로 감소하는 출력을 발생한다. 이것을 제12도나 제14도 우측에 도시한 파형과 같이, 하행으로 u의 형상을 하기 때문에 제17도에 도시한 바와 같은 변환테이블을 이용할 수 있다. 변환테이블(116)(117)은 제16도에 도시되어 있는 카운터(114)의 아래로 U형상을 한 특성을 갖는 계수 α, 또는 위의 U형상을 한 계수 n을 발생한다.

제16도의 경우, 다운카운터를 이용하고 있기 때문에, 시간방향이 제12도와 반대로 테이블을 갖게 된다. 제 16도, 제17도에 있어서, 시간적인 논리를 역으로 하는 것은, 비교기의 출력에 의해 이들 테이블의 출력이 0으로 되는 것이 고려되고, 그 경우에 표준적인 값을 출력하기 위해서는 이와 같은 테이블이 필요하기 때문이다. 지연단수의 변환 테이블(117)은 키이코드(KC)에 의해 커브가 몇 개 선택되도록 되어있다.

제18도는, 제12도의 지연회로(23)의 구성예를 나타내고 있다. 복수의 지연회로(121)(122)~(126)가 직렬로 접속되고, 각각의 출력을 셀렉터(selector)회로(128)에 공급한다.

셀렉터회로(128)는 선택입력에 대응하여 소정의 지연단수의 출력을 공급한다. 이와같이 하여, 지연단수를 가변으로 한 지연회로가 형성된다.

이상에서, 설명한 바와같은 구성요소를 이용함으로써, 제2도의 회로 또는 제2도의 회로와 동등한 회로를 구성할 수 있다. 또한, 키이온직후의 비조화적인 효과를 설명하기 위해서는, 올패스필터(25)의 위상을 주파수에 의존해서 변화시키는 것이 중요하다. 제2도에서 루프회로는, 지연회로(23),로우패스필터(24),올패스필터(25)를 포함하고 있으나 로우패스필터(24)는 반드시 필요한 것이 아니다.

제19도는, 루프회로를 지연회로(23)와 올패스회로(25)로 구성한 예를 도시하고 있다. 이와 같은 회로에 의해서도, 키이온 후의 변화를 실현할 수가 있다.

이상과 같이 지연피드백루프중에 올패스필터를 설치하고, 특히 비조화배음성분의 제어를 터치정보에 근거하여 행하는 것에 의해 자연악기에 가까운 악음제어를 행할수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정시키는 것이 아니고, 적절히 변형하여 실시할 수 있다.

상술의 실시예에서는 터치에 의해 올패스필터의 계수를 조작하여 피치를 변조하고 있으나, 아울러 터치에 의해 지연회로의 지연시간을 변환시킴으로써, 더 큰 범위까지의 주파수에 변화를 얻을 수 있다. 또한, CPU를 이용한 소프트웨어에 의한 실현에 한정되지 않고, 하드웨어를 이용하여 실현하도록 해도 좋다. 1차의 올패스필터를 이용하는 경우를 설명했으나, 복수차의 올패스필터를 이용하도록 해도 좋다.

Claims

연주의 음도를 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 터치신호 발생수단; 악음신호를 순환시키는 루프회로; 구동파형을 전기 루프회로에 인가하는 수단; 합성될 악음신호의 피치에 대응하는 지연시간에 의하여 순환악음신호를 지연시키기 위해서 전기루프회로내에 접속된 가변 지연수단; 주파수에 대응하는 악음신호의 위상을 변화시킬 수 있고 전기루프회로내에 접속된 가변올 패스필터; 전기터치신호에 초기에 대응하고 소정의 음가로 시간에 대해 변하는 음가를 가지는 필터 증폭계수를 발생하기 위한 계수발생수단; 및 필터에 의해서 악음신호로 전달된 위상변화를 가변적으로 제어하는 전기 올패스필터에 전기 필터증폭계수를 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
연주의 음도를 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 터치신호 발생수단; 악음신호를 순환시키는 루프회로; 전기피치신호에 바탕을 두는 구동파형을 전기루프회로에 인가하기 위한 수단; 합성될 악음의 피치에 대응하는 지연시간에 의해 순환악음신호를 지연시키기 위해서 전기루프회롤에 접속된 지연회로; 전기루프회로에 접속되고 주파수에 대응하는 악음신호의 위상을 변화시킬 수 있는 가변 올패스필터; 전기터치신호에 대응하고 시간의 흐름에 따라 변화하는 필터증폭계수를 발생시키기위한 계수발생수단; 및 필터에 의해서 악음신호에 전달된 위상변화를 가변적으로 제어하는 전기 올패스필터로 전기 필터증폭계수를 인가하는 수단을 포함하여, 상기에서, 전기 계수발생수단은 연주조작의 개시와 동시에 터치신호에 대응하는 양의 피치를 증대시키고 그 이후 지수함수적으로 피치를 감소시키기위한 필터를 제어하는 피치엔벨로프를 발생시키기 위한 수단을 포함하고, 전기 필터증폭계수는 전기 피치엔벨로프를 바탕으로 하고, 악음신호 합성장치에 의해서 필터에 전달된 위상변화와 피치변화는 모두 피치엔벨로프의 바탕위에 제어됨을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제2항에 있어서, 전기 계수발생수단은 음의 높이에 따라 피치엔벨로프의 감소를 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제1항에 있어서, 전기 터치신호발생수단은 연주를 행하기 위한 연주조작자; 전기 연주조작자로부터 주어진 연주정보를 검출하고 그 연주정보를 바탕으로 터치신호를 형성하는 터치신호형성 수단; 및 전기 터치신호를 전기 계수발생수단에 공급하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제4항에 있어서, 전기 연주조작자는 다수의 건을 갖고 있고, 전기터치신호합성수단은 건의 누름속도를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제4항에 있어서, 전기 연주조작자는 사람의 입으로 끼워지고, 숨을 불어넣는 마우스피스를 포함하고, 전기터치신호형성수단은 불어넣어진 숨의 압력을 검출하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제4항에 있어서, 전기 연주조작자는 진동하는 부재를 포함하고, 전기 터치신호형성수단은 진동의 엔벨로프를 형성하고 엔벨로프의 변화를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
제1항에 있어서, 전기 올패스필터는 입력신호를 지연시키는 지연소자와, 입력신호를 증폭계수 α로 증폭하기 위한 제1증폭기와, 증폭된 입력신호를 지연소자와 출력에 역상(逆相)으로 가산하는 제1가산기와, 전기 제1가산기의 출력을 증폭계수 α로 증폭하기 위한 제2증폭기와, 그 출력을 전기 지연소자의 입력측에서 입력신호에 동일 상(相)으로 가산하는 제2가산기를 갖고 있으며, 전기 지연소자의 지연시간 및 제1 및 제2증폭기의 증폭계수 α 가 외부로부터 제어신호에 의해 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
연주의 음도를 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 터치신호발생수단 ; 악음신호를 순환시키기위한 루프회로 ; 전기 피치신호를 바탕으로 하는 구동파형을 전기 루프회로에 인가하기 위한 수단; 합성될 악음신호의 피치에 대응하는 지연시간에 의하여 순환악음신호를 지연시킬 목적으로 전기 루프회로에 접속된 지연회로; 전기 루프회로에 접속되고 주파수에 대응하는 악음신호의 위상을 변화시킬 수 있는 가변 올패스필터; 시간의 흐름에 따라 변화하고 전기터치신호에 대응하는 필터증폭계수를 발생하기 위한 계수발생수단 ; 필터에 의해서 악음신호에 전달된 위상변화를 가변적으로 제어하는 전기 올패스필터로 전기 필터증폭계수를 인가하는 수단; 및 음의 높이를 나타내는 신호와 터치를 나타내는 신호를 받고, 증폭계수 α와 지연시간을 제어하기 위한 신호를 전기 올패스필터에 공급하기 위한 수단을 포함하고, 전기 올패스필터는 입력신호를 지연시키기 위한 지연소자; 입력신호를 증폭계수 α로 증폭하기 위한 제1증폭기 ; 증폭된 입력신호를 전기 지연소자의 출력에 역상(逆相)으로 가산하는 제1가산기 ; 전기 제1가산기의 출력을 증폭계수 α로 증폭하기위한 제2증폭기 ; 및 전기 제2증폭기의 출력을 전기 지연소자의 입력측에서 입력신호에 동일 상(想)으로 가산하는 제2가산기를 포함하고, 전기 지연소자의 지연시간 및 제1 및 제2증폭기의 증폭계수 α가 외부로부터 제어신호에 의해 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 악음신호 합성장치.
악음신호를 순환시키기 위한 루프수단 ; 구동신호를 루푸수단에 인가하기 위한 인가수단; 재현될 악음신호의 음의 높이에 대응하는 지연시간에 대해서 순환악음신호를 지연시킬 목적으로 루프수단내에 접속된 가변 지연수단 ; 올패스필터의 특성을 따라서, 주파수에 대응하는 순환악음신호의 위상을 변화시킬 목적으로 루프수단에 접속된 가변 올패스필터수단 ; 연주의 음도를 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 터치신호 발생수단 ; 및 시간의 흐름에 따라 올패스필터의 특성을 변화시키기 위해서 터치신호에 응답하는 전기증폭기의 증폭계수와 전기 가변지연소자의 지연시간을 변화시키기 위한 제어수단을 포함하고, 전기 가변 올패스필터수단은 순환악음신호를 증폭하기 위한 증폭기와 순환악음신호를 지연시키기 위한 가변 지연소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자악기용 악음신호 합성장치.
제10항에 있어서, 전기 올패스필터수단은 터치신호에 응답하여 시간의 흐름에 따라 순환악음신호의 위상을 변화시킴을 특징으로 하는 전자악기용 악음신호 합성장치.
제10항에 있어서, 전기 터치신호 발생수단은 연주신호를 제공하기 위한 연주조작수단과 연주의 음도를 바탕으로 하여 터치신호를 발생하기 위한 터치신호 형성수단을 포함함을 특징으로 하는 전자악기용 악음신호 합성장치.
악음신호를 순환시키기 위한 루프수단 ; 구동신호를 루프수단에 인가하기 위한 인가수단 ; 발생될 악음신호의 악음피치에 대응하는 지연시간에 대해서 순환악음신호를 지연시킬 목적으로 루프수단에 접속된 지연수단 ; 올패스필터의 특성에 다라 주파수에 대응하는 순환악음신호의 위상을 변화시킬 목적으로 루프수단에 접속된 올패스필터수단 ; 연주의 음도를 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 터치신호발생수단 ; 및 터치신호에 응답하여 올패스필터의 특성을 제어하기 위한 제어수단을 포함하고, 전기 올패스필터수단은 지연을 포함하고, 또 지연의 길이는 발생되는 악음의 피치를 변화시키기 위하여 터치신호에 응답하여 시간의 흐름에 따라 변하는 특성을 포함함을 특징으로 하는 전자악기용 악음신호 합성장치.