TW320719B - - Google Patents

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320719 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本 發 明 係 關 於 使 用 濾 波 器 » 特 別 是 高 通 濾 波 器 9 以 調 頻 合 成 樂 聲 之 方 法 及 裝 置 〇 發 明 背 景 爲 了 低 成 本 可 犧 牲 逼 真 度 之 樂 聲 合 成 atg 應 用 中 頻 率 調 變 已 成 爲 流 行 之 技 術 0 使 用 頻 率 調 變 以 合 成 樂 聲 ( F Μ 合 成 ) 首 先 被描 述 於 j 0 h η C h 0 W η i η S 於 1 9 7 3 年 之 剌 時 代 論 文 厂 Τ h e S y η t h e S i S 0 f C 0 m Ρ 1 e X A U d i 0 s Ρ e C t r a b y Μ e a S 0 f F r e q U e η C y Μ 0 d U 1 a t i 0 η J ， j 0 u r η a 1 0 f t h e A u d i 0 E η g i n e e r s 0 c i e — t y 9 V 0 1 • 2 1 9 η 0 • 7 » P P • 5 2 6 — 5 3 5 0 c h 0 w η i η g 也 於 其 論 文 中 說 明 特 別 的 頻 率 變 技 術 其 將 此 技 術 概 要 地 描 述 成 Μ U s I c V 厂 P a t c h ( 修 補 ) J 或 是 可 被 修 補 成 Μ u s I c V 聲 音合 成 程 式 之 軟 體 碼 0 在 其 論 文 中 C h 0 W η i n g 給 定 一 用 於 其 頻 率 調 變 技 術 之 數 學 公 式 f 而 且 9 稍 後根 據 此 數 學 公 式 而 獲 得 專 利 > 美 國 專 利 號 碼 - 4 » 0 1 8 9 1 2 1 0 有 趣 的 是 9 雖 然 C h 0 W η i η g 並 未 提 及 9 但 是 其 所 給 定 的 用 於 其 頻 調 變 技 術 之 公 式 並 未 對 應 於 其 M u s I C V 修 補 0 此 引 起 某 些 混 淆 9 由 於 根 據 此 公 式 之 實 施 有 時 會 產 生 與根 據 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------1---1--裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ--- · 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 3SG719 A7 B7 五、發明説明（2 ) MUSIC V修補之實施不並容之結果，即使執行被認 爲相同，亦然。此混淆多年之後才被分類出來。 F r 〇 d e Η ο 1 m 於其論文「Under stand i ng FM Implementations : A Call for Common Standards」 Computer Music Journal, vo1. 16, no. 1，pp.34-42 (1992)，提出關於此混淆結果之可能最佳論結及其解決之 道。Η ο 1 m的結論爲事實上有兩種不同的FM合成方法 ，一爲使用Chown i ng的公式，其一爲使用其特別 的MUSIC V修補實施。Holm的施實顯示出，在 數學上，C h own i n g的公式事實上是實施相位調變 ，而Music V修補是「真正的」頻率調變。 個別的數學公式最佳地說明Ch own i n g的FM 合成公式及其Mu s i c V修補之差異。

Chown i n g的FM合成公式爲： E(t) = A(t)sin(w ct + l(t)sin(i*) mt)) 1 其中E ( t )爲被合成的樂音之即時振幅，爲載波頻 率，I (t)爲時婕調變指標，而^»^爲調變頻率。對習 於此技藝者而言，I (t) 、ω。可隨時間而變化 以便爲所提供的基本音調修補創造所需的「音調顏色 」，係顯而易知的。 反相地，Chowning所展示的Music V 修補，如下述公式所示： ------^---^ I裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -5 - 320719 Α7 Β7 五、發明説明（3 ) E(t)=A(t)sin(C <y〇+l(t)iymsin((ynit)] t) 2 請注意此二方程式之差異爲調變項現在是乘以因數ω»而 整個外部正弦函數之自變數並非只有ω。而是乘以因數t 。由於這些差異，所以，這兩個方法在某些情形下會產生 不匹配的結果。 應注意，雖然這些方程式對於這兩個方法之理論基礎 的瞭解是有所助益的，但是，它們僅使Chown i ng 公式及MU S I C V修補之真正實施的操作相近而已》 只有當用於振盪器之取樣週期趨近於零時，真正實施的操 作會接近上述公式。此外，上述公式只於載波及調變振盪 器等兩者之輸出波形爲簡單的正弦波時方可應用之。當它 們並非如此時，如同此例經常之結果，施實的真正操作會 背離可應用之公式。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據C h own i n g的論文，有些人利用 Chown i ng所描述之技術而設計出即時合成器。很 多人根據MUSIC V修補而設計出實施工具。大部份 的這些實些工具使角相位增量振盪器，此振盡器係使用靜 態（或緩慢時間變化）頻率參數及一或更多聲頻速率「頻 率調變」输入作爲它們的頻率或「相位增量」輸入。其它 人利用類比電壓受控振盪器設計類比實施工具以實施 MUSIC V修補。類比及數位實施均根據Ch ow_ n i n g的論文而擴展之，而展示諸如多重調變器和載波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） β 320719 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7五、發明説明（4 ) 、串級FM振盪器及自我調變等特性。 根據MUSIC V修補之實施對於非常有限的環境 下之樂聲合成而言，工作得相當好。假使ω»»基本上被固 定時（時間變化僅爲非常緩慢的速率），則I (t)可以 藉由控制電腦僅簡單地被適當尺寸化而無需實際的額外計 算》此外，如上所述，載波正弦函數的自變數中共同因數 「t」會允許「t」自兩項中被因數分解。然後，在此總 和被施加至載波振盪器相位增量输出之前，這會允許調變 振盪器的輸出，I ，被直接加 至載頻。因此，此爲真正的頻率調變，並且，載板振 盪器僅需具有單一頻率输出· 不幸地，假使0_„是實際速率之時間變化時，如同某 些應用中的共同現像一般，則I ( t )必需以快速的時間 變化方式被尺寸化以便產生合理的聲音結果。由於完成此 尺寸化所需之每秒乘法數目是大量的，所以，要實現根據 MUSIC V修補之實施將會變得很昂貴。 而且，MUS I C V修補本身僅於調變輸出波形名 義上爲正弦時才產生同於Ch own i n g公式之聲頻結 果。假使諸如普通鋸齒波或方波等具有實質的諧波內容之 波形被包含時，對於波形的每一正弦諧波成份而言，會於 二公式之間產生偏差。特別是，在此情形下，在 MUSIC V修補中之第i個正弦諧波成份必需乘以它 自己的有效wmi以產生同於Chown i ng之聲頻結果 。一旦正弦波與方波或鋸齒波結合時，這樣作是不實際的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 -终 320719 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5 ) 〇 爲避免額外的計算，根據MUSIC V修補之大部 份實施會爲了名義上的正弦而簡單地乘以如》 ，而非以它 自己的6>m乘以每一正弦諧波成份。因此，這些實施會於 調變器輸出名義上並非正弦時之情形下，產生無法與直接 根據C h own i n g公式之實施並容之結果" 因此，根據MUSIC V修補之現有的FM合成實 施具有某些缺點。它們會需要可觀的乘法，這是很昂貴的 。它們也會產生不並容的結果，特別是在鋸齒波及方波的 情形下更加會有此現像。但是，因爲它們不需要二個頻率 輸入被加至載波相位增量振盪器，所以，它們比 C h 〇 w n i n g公式之直接實施更具有某些優點。 相對於MUSIC V修補，當直接被實施時， C h own i n g公式會執行「相位調變」而非真正的頻 率調變》由於頻率對時間之積分係一相位，所以， Chown i ng 公式之 I (t) s i n (6>mt)項會 被真正地加至一相位，wct ，而非一頻率。此外，此加 法係於載波相位增量振盪器中被執行的，如同真正的頻率 調變之情形一般，而非如同一不同的加法係於頻率被输入 至振盪器之前被執行一般。因此，如同Holm 所指出 一般，直接實施需要二個不同的輸入被加至載波相位增置 振盪器，其中，一輸入代表「靜態」頻率而另一爲「相位 調變」增量值。 如同那些根據MUSIC V修補之實施一般，直接 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 8 - 320719 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 根據C h own i n g公式之現存相位調變實施也具有某 些缺點。它們需要一具有頻率及相位输入之相位增量振盡 器，這會使得實現振盪器所需之電路增加複雜度，並因而 增加花費。任一 C h own i n g方法之現存實施均無法 以取得聲頻上並容之合理的聲音結果之方式，結合這兩個 方法之優點。特別是，沒有一個實施可以使MU S I C V相位增量振盪器的簡單性和其單一頻率輸入與直接根據 C h own i n g公式之數學上較簡單的相位調變所取得 的最小數目乘法相結合。此外，除非一些乘法被執行，否 則沒有一個根據MU S I C V修捕之實施對所有型態之 波形而言，不論是正弦或非正弦，可以產生與直接根據 C h own i n g公式之實施相同的結果。 發明之簡要說明 本發明係提供合成樂聲之新電路及方法。在一實施例 中，發明包含一第一階F I R高通濾波器，其會被置於調 變相位振塗器及載波相位增量振盪器之間。本發明也包含 波形電路、乘法器、分時多工器及其它形式的濾波器。 發明之另一實施例提供一音樂合成方法，其中，調變 相位增量會乘以調變指數以產生調變訊號。然後，調變訊 號會被濾波並被加至載波相位增量。最後，總和會乘以振 幅包絡線以產生代表樂聲之訊號。方法可能包含使用第一 階F I R高通濾波器、形成正弦及非正弦波、額外相乘及 分時多工化。 本紙張尺度適用中國國家橾準（〇奶）八4规格（210'乂297公釐）_9_ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 3^0719 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 發明也包含自我調變及串級化。 圖形之簡要說明 從下述詳細說明之觀點中，本發明之目的、特性及優 點’對於習於此技藝者而言，將是顯而易知的，其中： 圖1係顯示已知的相位增量振盪器之訊號流程圖。 圖2係以圖形顯示利用根據二次方仿樣曲線函數 (quadratic spl ines)之波形電路 以創造八個標準的「OP L 3」波形之基礎》 圖3係以圓形顯示利用根據二次方仿樣曲線函數 (quadratic spl ines)之波形電路 之創造八個標準的「OPL 3」波形。 圖4係顯示根據二次方仿樣函數之波形電路的硬體實 施之方塊圖。 圖5係顯示根據二次方仿樣函數波形電路中用於八個 [0PL3」波形之訊號關係。 圖6係顯示已知的第一階FIR髙通濾波器之訊號流 程圖。 圖7係顯示本詨明之一實施例的訊號流程圓。 圖8係顯示本發明於自我調變形式中的訊號流程圖。 圖9係顯示本發明於串級形式中的訊號流程圖。 圖1 0係在多頻道即時硬體中實施的本發明之方塊圖 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐} ln

-1U ^^—-—1— I— n -1- I - n^i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 發明之詳細說明 在本發方法及裝置被說明之前，必需瞭解本發明並不 限於此處所述之特別裝置或方法，當然，對習於此技藝者 而言，可對其改變之。也必需瞭解，此處所用之術語僅是 爲了說明特別實施例之用而已，並未企圖限制僅由申請專 利範圍所限制的本發明範圍。 必需注意，如同本說明書及申請專利範圍中所使用的 —般，「a (―)」、「an( —)」「the (冠詞） 」等單數形式包含複數事物之涵義，除非文中清楚地說明 其它涵義。 除非有其它定義，否則此處所使用的所有技術及科學 用詞對習於本發明所臈之領域者所共同瞭解的一樣，具有 相同之意義。雖然，類似或等同於此處所述之任何方法或 材料於本發明之實施或測試中是有用的，但是，較佳實施 例及材料將說明如下。此處所提之公告及專利會於此一併 作爲參考。 本發明提供一種方法及裝置，在帶有高通濾波器之真 正頻率調變實施中以調變器輸出取代乘法。調變器輸 出並非明顯地乘以0h own i n g於其論文中所建議的 ω π.，相反地，調變器輸出會通過一具有每八音度6 d Β 截止斜率之第一階高通濾波器。此一截止斜率意指在調變 器頻率中每增加一八音度，則振幅會變成兩倍。 如同習於此技藝者所習知的，此高通濾波操作原則上 是同於振盪器输出的每一正弦諧波成份乘以其自己的頻率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐> ~ -11 - I-----'---.--裝------訂------絲 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 320719 Α7 Β7 五、發明説明（9 ) 。因此，其完成適當因數乘以豐富頻譜波形之每一諧波成 份所需之乘法。因此，本發明可以免除煩雜的乘法， 同時，也可被用以實施Chowning MUSIC V修補公式。其也可以容許快速的時變調變器頻率而不會 有經常尺寸化I (t)之計算負擔。最後，本發明會產生 聲頻上與Chowning公式並容之結果並僅需單一頻率输入被 加至載波相位增量振盪器。這結合了使用具有單一頻率輸 入之簡單MUSIC V型相位增量振盪器之真正「頻率調變」 的簡單性與「相位調變」技術的計算優點。 將從圖1至1 0說明本發明不同的實施例。首先，將 以傳統訊號流程圖之觀點說明這些實施例。 圖1係顯示用於簡單相位增量振盪器之流程圖。真正 的MUSIC V振盪器與大部份後繼的即時合成器會被實施成 「相位增量」振盪器。當存在很多這種振盪器的變化時， 特別包含眾多用於實施不同FM修補之連接拓撲，則振盡 器的基本核心保持不變。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 --1— I —4— - n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在相位增量振盪器中，一相位值會被儲存於暫存器或 記憶體中，而且，在每一連續取樣週期，其會被代表振盪 器立即頻率的一相检增量增量之。如同對習於此技藝者而 言係顯而易知的一般，假使相位增量)輸入1 〇係 一遠小於2 τ的常數時，在模數操作器1 4的輸出之訊號 將爲「鋸齒j波形，其係隨著固定斜率由零至2 κ緩慢增 加，然後突然跳回零而再開始上升。因此，此訊號一般被 視爲「相位鋸齒」。 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 - 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 __B7______ 五、發明説明（10 ) 雖然，相位增量振逯器通常藉由使用一固定輸入而被 用以產生標準相位鋸齒訊號，它們也可以接受時變相角输 入。在任一情形下，所得到的相位輸出接著可藉由多種技 術而被轉換成正弦波（或任何其它波形）。舉例而言，在 MUSIC V中査詢表會被用以使相位鋸齒波轉換成正弦波。 如同習於此技藝者所熟知的一般，相位增量振盪器可 以多種方法被實施之。在MUSIC V中，它們會以軟體於電 腦上執運算而被執行。在此說明書中，它們係被描述成於 分時多工電路中執行之。本發明之範圍不應僅限於相增量 振盪器之任何特別實施。 在圖1中所示之相位增置振盪器，一加法器會將相位 增量（ωη )輸出1 〇加至每一取樣週期期間之前一相位 。模數操作器1 4會取用結果模數2 κ。然後，一延遲操 作器2 2會儲存此新相位直至下一取樣週期爲止，在此下 —取樣週期中上述步驟會被重覆。一波形電路1 6也會接 收此相同的相位訊號，其會使用此訊號以產生所需波形。 如上所述，波形電路1 6可使用ROM査詢表而被執 行之，而且，多種其它技術對習於此技藝者也是顯而易知 的。波形電路1 6琦被設計成根據模數操作器1 4的輸出 而產生任何所需的波形，不論是正弦波或非正弦波。 揭示於1 9 9 5年4月1 7日申請的專利申請號 0 8/4 1 8，5 1 8之共同申請案中之根據二次方仿樣 曲線函數產生波形之方法之一，其可以被用以執行波形電 路1 6以產生Yamaha公司的「〇 P L 3 j合成器晶片8個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） ~ -1〇 - ^^1 «HI n I! I— 1 I J·— -11 I- n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -* 320719 A7 B7 五、發明説明（11) 標準的波形。二次方仿樣曲線函數係顯示於圖2至圖5中 〇 二次方仿樣曲線函線數方法可以完成圖1中的波形電 路1 6。圖2係光學地顯示根據二次方作樣曲線函數方法 之反轉正弦波的產生。雖然，爲了澄清，被輸入至波形電 路1 6之標準相位鋸齒的實施例有時會被用於二次方仿樣 曲線函數方法之詳細說明中，但是，對於習於此技藝者而 言，相位角輸入無需受限於標準相位鋸齒波，是顯而易知 的；任何相位角输入可能被使用之。 圖2之列2 a顯示標準相位鋸齒波之數個週期，其中 ，時間會延著水平軸變化而振幅會於縱軸上從+1至一1 之間變化之。請注意，縱軸已被尺寸化且一固定偏移會被 加至從0至2 ;r之間變化的相位鋸齒之標準視圓；當然 ，這不會具有可聲頻的結果。 列2係顯示標準相位鋸齒波，相位偏移7Γ會被加至其 本身》換言之，相位鋸齒波已延著水平軸被偏移1 8 0度 。列2 c係顯示圖2 b中的訊號絕對值。圓2 d係顯示在 此情形下y(t) = l，根據二次仿樣曲線函數方法而與列2 c 被及化（ANDed)之訊號。列2 e係顯示及化之結果。最 後，列2 f係顯示藉由列2 a中的訊號乘以列2 e中的訊 號所取得之二次仿樣曲線函數的最後結果，可看到其接近 振幅在一 1 /4至1 /4範圍內之被反轉正弦波。此爲根 據二次仿樣曲線函數方法所取得之第一標準「Ο P L 3」 波形。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 14 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· *ίτ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明（l2 ) 圖3係光學地顯示根據二次仿樣曲線函數方法之形成 8個標準的「0PL3」波形（波形#0至#7)中的每 一波形。以圖形顯示於圖3中的方法之每一步驟，於說明 二次仿樣曲線函數的硬體實施例之操作時，將於下詳細地 討論之。圖3的行3 a係顯示八個波形中的每一波形從0 至2 ；r的一週期。此第一修改會造成原始相位鋸齒波（波 形#0至#3)、二倍頻率之原始相位鋸齒波（波形#4 及#5)、一半振幅之原始相位鋸齒波（波形#7)或一 半振幅之原始相位鋸齒波之加成（波形# 6 )等波形中之 任一個。 假使需要時，行3 c係顯示相位偏移的被修改相位鋸 齒波及其被取得的絕對值，道二種情形均根據二次仿樣曲 線函數而得的。列3 c係顯示根據二次仿樣曲線函數與行 3 c修改的相位鋸齒波一起及化之函數，而行3 e係顯示 行3c及3d的及化結果。最後，行3 f顯示二次仿樣曲 線函數的最後步驟之結果，行3 b乘以行3 e ◊請注意， 行3 e的垂直大小係從1/4至一 1/4，而其它行的垂 直大小爲一1至1。 從圖3可知，所有8個標準的「OPL3」波形可根 據二次仿樣曲線函數方法而被近似之。這可藉由根據二次 仿樣曲線函數方法適當地給合修改原始相位鋸齒波輸入的 步驟、使結果的相位偏移、取一絕對值、使結果與特定相 位鋸齒位元一起及化、及最後的單一乘法等而完成之。請 注意被近似化的波形之極性在不影響聲音或波形的諧波內 本紙張尺度適用中國國家標準（匚奶）八4規格（210'/297公釐）_15__ ^^^1 ^^^1 n^—. —1 Jl^i n (請先閱讀背面之注項再填寫本页) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13) 容時會被視成無意義的。但是’如下所述’假使需要時， 即使極性也會以所述的電路之次要修改而更正之。 圖4係顯示二次仿樣曲線函數方法之細詳硬體實施。 一相位角相入3 0 0會提供一输入予多工器/移相器 304及控制邏輯314。相位角输入300係一代表被 取爲模數2 7Γ的相位之1 6位元未符號化值。因此，零相 位爲1 6進位0〇〇〇，而幾乎爲2?r之相位爲1 6進位 F F F F。 多工器/移相器3 0 4係一被繞線成修改過的桶移相 器。控制邏輯3 1 4會經由一控制訊號3 1 6而驅動多工 器/移相器3 0 4。在本實施例中，控制訊號具有代表四 個可能的多工器/移相器功能之二個位元。但是，如同習 於此技藝者所熟知的一般，假使窬要最佳化電路邏輯時， 控制訊號316可具有多於二個位元之位元。 將說明產生每一檫準的「〇PL 3」波形之步驟。首 先，如下詳述，多工器/移相器3 0 4會於相位角输入 3 0 0上操作。用於每一波形之多工器/移相器3 0 4之 輸出訊號會顯示於圖3之行3 b。 在圖4中，當控制邏輯3 1 4送出二進位0 0之控制 訊號3 1 6予多工器/移相器3 0 4，多工器/移相器 3 0 4會輸出與其所收到的1 6位元相位角輸入3 0 0完 全相同之1 6位元訊號。這會產生顯示於圖3的行3 b之 列# 0至列# 3中的输出訊號。 當送至多工器/移相器3 0 4之控制訊號3 1 6爲二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 16 - I— . m an· «^^1 ^^1 4^^ i HI I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 320719 A7 B7 五、發明説明（14) 進位Ο 1時，其會使1 6位元相位角輸入3 0 0左移〜位 元，避開及忽略最高位元（MSB)，將新的最低位元（ L S B )設定爲零，並反轉新的M S B。數學上，這等μ 將ττ/2加上相位角输入3 0 0，將結果乘於2，然後取 得結果模數2 7Γ。這將產生顯示於行3 b的列# 4及# 5 中的輸出訊號。 當送至多工器/移相器3 0 4之控制訊號3 1 6;^ = 進位10時，其會輸出固定的16進位3FFF。這將產 生顯示於行3 b的列# 6中所示之輸出訊號。 最後，當送至多工器/移相器3 0 4之控制訊號 3 1 6爲二進位1 1時，其會輸出未改變的1 6位元相& 角輸入3 0 0之1 4個L S B並將输出訊號的二個Ms B 均設爲原始輸入訊號最高位元的下一位元（亦即位元1 4 )之反轉。換言之，其會輸出符號被延伸且加上 1 6位元相位角输入300的1 5個LSB。這會產生行 3 b的列# 7所示之輸出訊號。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 接著，互斥或（OR)閘的區3 1 8會進一步修改多 工器/移相器3 0 4的1 6位元输出訊號。或斥或區 3 1 8係由二個區段所構成的。互斥或閘3 0 6的第〜區 段僅會影響多工器/移相器3 0 4輸出訊號之MS B，而 互斥或閘3 0 8的第二區段會影響其它1 5個L S B。 互斥或區3 1 8會執行兩功能，相位偏移及絕對值函 數之函數近似、或兩者之混合、或兩者均不執行（通過） 。用於每一波形之互斥或區318的輸出訊號係顯示於圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ ιγ _ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 3的行3 c中。 當互斥或區318的二區段所收到的二控制訊號 3 2 0及3 3 2均爲邏輯0時，不會產生任何改變。此通 過操作會被用以產生圖3的行3 c的列# 6及# 7中所示 的輸出訊號之部份。 當第一控制訊號3 2 0爲邏輯0且第二控制訊號 3 3 2爲1時，互斥或區3 1 8的输出訊號3 2 4係爲多 工器/移相器3 0 4輸出訊號的一的補數加上7Γ。在此情 形下，一的補數僅爲逮離二的補數之一 L S B，對所需準 確度而言，其與乘以-1所取得之結果相同。因此，取一 的補數可以被用以產生絕對值函數之函數近似。相位偏移 及絕對值操作可被用以產生行3 c的列#〇及#4中所示 之輸出訊號的部份。 當第一控制訊號3 2 0爲邏輯1但第二控制訊號 3 2 2爲邏輯0時，由於MSB具有有意義的7Γ，所以， 互斥或區3 1 8的輸出訊號3 2 4爲多工器/移相器 3 0 4輸出訊號及；r之總和。因此，此操作可被移以使訊 號產生7Γ相位偏移。此操作也可被用以產生行3 c的列 #1、#2、#3和#5中所示的所有输出訊號及列#0 和# 4中所示的輸出訊號的一部份。 當二個控制訊號3 2 0和3 2 2均爲邏輯1時，互斥 或區3 1 8的输出訊號3 2 4爲多工器/移相器3 0 4的 輸出訊號的一的補數。如上所述，此操作係絕對值函數之 函數近似。此操作係被用以產生圖3的行3 c的列# 6及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）ΓΓ -1〇 n n^i ^-1^1 1^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、v8- 線 320719 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（l6 ) # 7中所示的输出訊號之部份。 接著及閘的區310進一步修改互斥或區318的 1 6位元輸出訊號3 2 4。送至及區3 1 0的控制訊號 3 2 6可強制其1 6位元輸出訊號成爲1 6進位0 0 〇 〇 ’或不改變它。道將完成圖3的行3 c中所示之每一訊號 與行3 d中所示的對應訊號、用於行3 e中所示之每一波 形之區3 1 0的輸出訊號等一起及化。 必需注意，針對此點所述之所有布林邏輯本質上係平 行的，而且不需要會要求每一較高階位元被當作較低階位 元上的邏辑運算之結果處理的任何加法運算或諸如進位鏈 之其它邏輯。因此，此資料處理僅牽涉少數邏輯延遲且可 在單一時序週期內被完成β 然後’ 1 6位元乘標有二的補數符號1 6位元之乘法 器3 1 2會收到未修改的多工器/移相器3 0 4的1 6位 元輸出訊號（如圖3之行3 b所示）及及區3 1 0的1 6 位元輸出訊號，並將它們相乘之。由於大部份現有的聲頻 應用僅使用1 6位元訊號，所以僅需乘法器3 1 2输出訊 號中1 6個MS B，以致於多工器的縮短形式可被使用之 。每一波形之此乘法結果顯示於圖3的行3 f中。這將完 成形成每一標準「〇P L 3」波形所需之處理。 如同習於此技藝者所熟知的一般，可視可資利用的多 工器之大小而決定是否需要使多工器的自變數中的一個小 於1 6位元或均小於1 6位元，此乃因其會對波形的逼真 度具有次要影響所致。此外，諸如全平行多工器、串序多 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ 19 -----—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 320719 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17 ) 工器或混合平行/串序多工器等任何型式的多工器可被用 以完成此功能，也是顯而易知的。 此外，乘法器3 1 2输出訊號絕不會達到其理論上的 最大輸出值之四分之一，此乃因其輸入均爲半全幅的絕對 值時會發生峰值所致》乘法器3 1 2輸出訊號3 2 8應被 刻度化以慮及此點。 如同上述一步驟接一步驟之說明中所顯而易知的，由 控制邏輯3 1 4所輸出的四個控制訊號3 1 6、3 2 0、 3 2 2及3 2 6必需被適當地設定以形成八個「OP L 3 」波形。這些控制訊號316、320、322及326 係由波形號數3 0 2及相位角輸入3 0 0的二個MS B所 決定的。然後，這些控制訊號316、320、322及 3 2 6會適當地控制多工器/移相器3 0 4、互斥或區 3 1 8、及區3 1 0及乘法器3 1 2以便從相位角輸入 3 0 0中削造所需的波形。 根據波形號數3 0 2及相位角輸入3 0 0的位元1 5 和14，控制邏輯314會將控制訊號316、320、 3 2 2及3 2 6設定於真值表1中所示的值》在表1中， PH η標示相位角輪入3 0 0的第η個位元，以致於，舉 例而言，ΡΗ1 5爲最高位元。！標示邏輯互補而 '標示 互斥或β 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS)A4規格（2丨0X297公釐）_ 2〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 線--kl. A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 320 322 326 PH15 •PH15 1 1 0 PH15 1 0 1 1 0 IPH14 PH14 !PH14 PH15 1 0 PH15 PH15 PH15 1 !PH14 IPH14 ΡΗ15ΛΡΗ14 述於上 用 以產生八個 丨「0 Ρ L 3 同步驟 〇 行5 a係顯 ί示多 工 器 / ，行5 b 係顯示互斥或區 3 1 8 c係顯 示 及區3 1 0 的輸 出 訊 號 3 12 的 输出訊號3 2 8 〇 請 注 1/4 至 1 / 4，而 其它 行 的 刻 圖5的行5 d所示，所有的輸出 時，僅在極性上與所需的 被反轉之極性對於這些波形之聲 ，可藉由取得輸出波形的互補而 極性均正確。這可在進一步訊號 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（18 ) 表1 控制訊號真值表 波形號數 控制訊 Number 316 m 00 #1 00 轉2 00 #3 00 #4 01 #5 01 #6 10 #7 11 圓5係以圖形顯示詳 」波形中之每一波形之不 移相器3 0 4的輸出訊號 的輸出訊號324，行5 ，而行5 d係顯示乘法器 意行5 d的垂直刻度從_ 度從—1至1。 如同圖3的行3 f及 波形，當如上述般被創造 「0PL3」波形相反。 音不產生聲頻影響。但是 產生精確波形，其相位及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ：297公釐） -21 - 320719 A7 B7 五、發明説明（19 ) 電路中的多個區域中，例如乘法器3 1 2的一部份，被執 行之，或由加法電路執行之。如同習於此技藝者所熟知的 一般，輸出訊號的一的補數可能足以以此處所述之近似準 確度完成此反轉。 圖4係提供實施二次仿樣曲線函數方法之電路或硬體 。但是，如同習於此技藝者所熟知的一般，二次仿樣曲線 函數方法可以以韌體及軟體實施之。 ' 如同上述二次仿樣曲線函數方法中所見，其可使每一 標準的「Ο P L 3」波形被產生而無需大量記憶體或計算 。但是如同習於此技藝者所熟知的一般，其會遭受約2% 的諧波變形。因此，對於波形近似且不要求波形中具有高 準確度之應用中，二次仿樣曲線函數方法之波形電路可比 其它方法提供更多優點。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 回至圖1之說明，一旦圓1的波形電路1 6已產生其 輸出，則乘法器1 8會接著將波形電路1 6的輸出乘以振 幅（An )输入2 4以產生所需振幅及頻率之聲頻訊號（ Y„ )輸出2 0。如同習於此技藝者所熟知的一般，相位 增量（ωη)輸入1 0可以因時而變。振幅（Α„)輸入 2 4也可以以習於此技藝者所熟知之方式因時而變，以取 得諸如破壞（attack)及衰減等振幅包絡特性。 圖6係顯示第一階F I R高通濾波器之流程圖，對習 於此技藝者而言，其已是習知多年之事。這些及其它濾波 器已總結於1 9 8 5年4月之論文「Introduction to Fi1 ter Theory」Report No. STAN-M-20(Stanford 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐）〇〇

-LL 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20)

University, Center for Computer Research in Music and Acoustics) by Julius 0. Smith, reprinted in Digital Audio Signal Processing: An Anthology, edited by John Strawn 0 在圖6的濾波器中，延遲操作器3 4會以一個取樣週 期使訊號（X。）輸入30延遲。然後，減法器32會將 被延遲的輸入自原始訊號輸入3 0中扣除之，導致高通濾 波輸出（Yn) 3 6。請注意，此簡單的高通濾波器僅牽 涉一加法且未用到乘法。由於其簡單性，所以可以便宜地 ’將其實施之。但是，如同習於此技藝者所熟知的一般，可 以使用多種其它濾波器。 圖7係顯示本發明的一實施例之流程圖。在此流程圖 中，會使用如同圖1所示之相位增量振盪器及如同圖6所 示之高通濾波器。如同圖1之調變相位增量振遨器5 4會 接收一調變器相位增量（ω^η)输入5 0及時變調變指 數（I η)輸入5 2並產生一聲頻速率調變器波形輸出。 舉一簡單例子而言，在爲一常數且調變相位增量振盪 器5 4被規劃成產生簡單正弦波時，則調變相位增量振盪 器54的輸出近以I (t) sin(wmt)。 然後，如同圓6之高通濾波器5 6會將此輸出濾波之 ，此濾波係有效地以輸出之成分頻率乘以輸出本身而達成 之。在上述之簡單例子中，高通濾波器5 6的輸出近似 I (t)6imsin(iymt)。 接著，一加法器5 8會將具有載波相位增量) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐）-23- ----------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 320719 A7 B7 五、發明説明（2丨） 輸入6 2之高通濾波器5 6的輸出總和之。在上述簡單的 例子中，加法器的輸出會近似 ω c + I ( t ) ω m s i n ( ω m t ) » 最後，一也如同圖1之載波相位增量振盪器6 0會接 收來自加法器5 8之總和及時變振幅（A„)输入6 4， 並根據它們而產生聲頻輸出。聲頻输出係代表由F Μ合成 所產生的樂聲之訊號。在上述簡單例子中，假設載波相位 增量振盪器6 0被規劃成產生簡單的正弦波，其輸出爲近 似 A(t)s i n(C 〇)c+ I (t )<yms i n(wmt)〕t ) 。如上述方程式（2 )所示，數學上，此例子會使相同結 果近似 Chowning’s MUSIC V 修補。 假使需要的話，調變相位增量振盪器5 4、髙逋濾波 器5 6、載波相.位增量振盪器6 0及加法器6 0中的任一 個或所有可以被設計成藉由使用分時多工化而利用相同的 加法器電路。如同習於此技藝者所認可的，雖然道可能減 少所需的邏輯閘數目，但是它可能會耗费電路的速度及效 率。因此，此代價應於設計本發明之電路時被考慮到。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如同習於此技藝者所習知的一般，圖7的整個電路可 以被分時多工化。值是，在減低所需的邏輯閘數目及可取 得的速度及效率程度之間必有交換之代價。 最後，如上所述，輸入至相位增量振盪器之相位振盪 可以是因時而變的。因此，在圖7的電路中，調變器相位 增量（ω„)輸入5 0及載波相位增量（ω。）輸入6 2兩 者中之任一個或兩者可因時而變。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210Χ297公釐）_ 24 _ A7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（22 ) 圖8及9係顯示在流程圖形式中的本發明之額外變化 。圖8係顯示「自我調變」。在此情形下，相同的振盪器 可作爲調變及載波相位增量振盪器，而且，相同的0„可 作爲調變及載波相位增量。 在圖8中，相位增量振盪器會接收一振幅（An)輸 入8 2及一相位增量輸入，並會根據它們而產生一音頻輸 出。輸入至相位增量振盪器7 6之相位增量輸入係一旦其 被延遲操作器7 1延遲時藉由相位增量振盪器7 6的輸出 回饋至電路中。相同的聲頻輸出也可被作爲代表FM合成 所產生的樂聲之訊號。如同著名的FM合成中的自我調變 —般，對習於此技藝者而言，如何在自我調變拓蹼中實施 本發明係屬熟知的。 當相位增量振盪器7 6的輸出被饋送至電路中時，其 必需被延遲操作器71延遲至少一單位以避免電路成爲毫 無止境的迴路。然後，’會使用一回饋移相器7 0 (移相器 係一固定的乘2n之乘法器），藉由改變回饋输入78以 產生所需量的訊號。 然後’在加法器7 4將高通濾波器7 2的輸出加至相 位增量（ωη)輸入8 0之目前值之後，高通濾波器7 2 會過濾訊號。然後，此總合會作爲相位增量振盪器7 6的 第一相位增量（ωη)輸入，完成自我調變迴路》 圖9係顯示多重串級FM振盪器。第一相位增量振 盪器9 4會接收第一調變頻率（ωιη1)輸入9 0及第一調 變指數（I α)輸入9 2，並根據它們而產生一輸出，然 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -25 - 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（23 ) 後’其會通至第一高通濾波器9 6。第一加法器9 8會將 第—高通濾波器9 6的輸出加上第二調變器頻率（ω «»2) 輸入1 0 0。 然後，第二相位增量振盪器1 0 4會藉由接收來自第 一加法器9 8的總和及第二調變指數（I 2)輸入1 〇 2 而繼續串級調變。第二高通濾波器1 〇 6會在第二加法器 1 0 0將第二調變振盪器1 0 4的輸出加上載波頻率（ ）輸入1 1 〇之後’將其濾波之。 最後，第三高相位增量振盪器1 1 4會根據第二加法 器1 0 8的總和及振幅（Αη)輸入1 1 2而產生聲頻輸 出。此聲頻輸出係代表樂聲之訊號，其已由兩個調變頻率 所調變過》在一簡單例子中，ω。、Wml及0>„2均爲常數 ，而且，三個相位增量振盪器94、104及1 14均被 規劃成產生簡單正弦波，以公式表示之，聲頻輸出近似： A(t)sin(〔 wc + Ii(t)<ymlsin(tymlt) + l2(t)<wm2sin(6Jm2t)〕t) 如同習於此技藝者所習知的一般，此種串級型式可以 被用以產生特別的複合及頻譜豐富之波形。如同習於此技 藝者也習知的一般，可單純地藉由調變相位增量振盪器' 加法器及高通濾波器相加而以所需的多層執行串級化。事 實上，由於單一加法器可以藉由使用分時多工化而被用以 完成整個電路的所有加法，所以，在此情形下，僅有調變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Ί- J— ( 裝 I— I 訂— — — ^ Α I -廖 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -26 - 320719 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 A7 B7 五、發明説明（24 ) 相位增量振遨器及高通濾波器的對偶必需被相加以便加上 串級的另一層。 道些流程圖顯示本發明如何在多種FM拓蹼中被應用 之實施例。如同習於此技藝者所習知的一般，它們可以以 進一步的任意及複合方式結合，以產生多種調變波形。 圓1 0係顯示本發明的多頻道即時硬體實施之功能方 塊圖，其支援很多選擇性地相連之振盪器。在本實施例中 ，電路會使用振盪器及狀態層處之分時多工化而操作之》 使用振盪器層的多工化意指每一振盪器當參數記憶體 1 3 8提出要求時會藉由存取它們的參數而於「虛擬電路 」中被實施，而非將每一振盪器當作電路實施之。如同習 於此技藝者所習知的一般，振盪器可以被輕易地以其它方 式被實施之，例如將每一振逯器「實體繞線（hardwiring )」以致於每一振盪器具有其自己專靥的電路。不同實施 之間的交換代價通常爲電路簡單性及電路操作效率之間的 交換。 由於此實施並未限制所使用的振盪器數目，所以，調 變的數個層可以被串級之。但是，最簡單的情形爲只有二 個振盪器被使用時，一者爲調變相位增量振盡器，一者爲 載波相位增量振塗器。在說明此實施例時，只有二個振盪 器的簡單例子會被使用，其如圓7之訊號流程圖所示。此 外，下述說明也會假設均爲常數而且二個振盪器 均會被規劃成產生簡單的正弦波。但是，必需注意本發明 也允許其它波形被使用之。波形的選擇僅受被實施的波形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -27 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（25) 電路1 5 8的規剌所限制。 將使用上述說明之簡單例子說明圖1 〇的操作。首先 ，時序產生器1 3 6會提供電路基本時序。時序產生器 1 3 6會以取樣速率的KS倍產生時序訊號，其中，κ爲 被實施的振盪器之數目（在此例中K= 2)而S爲每一振 盪器的時序數目或狀態數目。如同習於此技藝著所習知的 一般，Κ及S會被邏輯及記憶體的速度限制於給定的取樣 速率》 時序產生器1 3 6會驅動一狀態計數器1 3 4，該計 數器係由兩個區段所構成的。狀態計收器1 3 4的最低部 份會將每一振盪器的處理週期分割成S狀態，每時序脈沖 一個。計數器的最髙部份會提供一正被處理的虛擬振盪器 計數。在此處所述之簡單實施例，只有單一位元會被需要 以計數二個振盪器》計數器滿溢表示完成一取樣頻率》 圖1 0的電路含有三記憶體。首先，一參數記憶體 1 3 8含有用於二振盪器之控制參數。這些參數可以包含 諸如相位增量（均用於調變器及載波）、振幅、包絡時間 常數和接通訊號、振動音和顫音數量，波形和用於振盪器 « 之連接資訊等資料》—控制電腦或微處理器可以藉由電腦 序列發生器或其匄裝置而寫入此資料以回應可由鍵盤即時 產生的所需音樂旋律。每一個這些變數必需被一應用程式 以習於此技藝者所習知之方式設定之。 參數記憶犟位址控制邏辑1 4 0會控制參數記憶體 1 3 8之存取。在每一振盪器的處理週期中，不同的參數 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）_ 28 - ' I I 裝 訂 絲 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 320719 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（26) 可以在不同狀態期間被存取並即時被存於適當的參數鎖存 器1 4 2之中以作爲計算電路計算目前的振盪器之目前取 樣點之用》控制電路或微處理器會於藉由解碼狀態S而決 定不需拿取參數資料之狀態期間，經由資料輸入1 3 0 而將新的資料寫入參數記憶體1 3 8。在那些狀態期間， 參數記憶體位址邏輯1 4 0也會經由位址輸入1 3 2將參 數記憶體1 3 8的寫入位址設定於控制電腦所提供的參數 位址。 除了參數記憶體1 3 8之外，尙有其它二記憶體。相 位記憶體1 5 4會將取爲模數2 τ之相位儲存以作爲二振 盪器之用。延遲記憶體1 6 6會儲存二個振盪器中的每一 振遨器的輸出的兩個取樣。這兩個記憶體的內容會於個別 振盪器的處理期間被使用。 在圖10中，參數及延遲記億體係顯示成分開的。如 同習於此技藝者所習知的一般，在某些實施中，結合參數 、相位及/或延遲記憶體中的任一或所有而成爲一或更多 記憶單元可能是有利的》 將藉由說明由調變（振盪器0 )及載波（振盪器1 ) 振盪器對特別取樣點之處理，而討論圖1 0的電路之一步 接一步操作。首先，振盪器0對新取樣點的處理將被說明 之，振盪器0係爲圖7之調變相位增量振盪器5 4。 必需注意，在每一振盪器的處理期間，用於參數記憶 體1 3 8的位址邏輯1 4 0會使得用於調變振盪器之八個 參數根據自狀態計數器1 3 4所接收到的一訊號而被存取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 29 - -----------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（27 ) 之，而且，它們會被讀入適當參數鎖存器1 4 2。道無需 一次發生，只要每一參數鎖存器被設定於其被使用之前的 某一點即可》不同參數鎖存器1 4 2 a至1 4 2 h的內容 及它們如何被用於電路操作中，將詳述於下。 爲產生用於新取樣點之振盪器0的相位，用於前一取 樣點之累加相位必需被加上相位增量。在此處所述之簡單 例子中，此總和會變成（^^丨項。爲了計算此總和，用於 延遲記憶體1 6 6之位址邏輯1 6 8會使得用於振盪器〇 的前一相位输出被輸出，而且，其會通過移相器1 7 4、 多工器1 4 6及加法器/減法器1 5 0，它們之中沒有任 何一個會修改此輸出，然後會到達相位累積器1 5 2，其 會被存於此累積器中。 一旦完成此步驟，根據用於包含於第八參數鎖存器 1 4 2 h中且用於振盪器0之控制參數，控制邏輯1 4 8 會使多工器1 4 6會第四參數鎖存器1 4 2 d中存取用於 振盪器0之相位增量，此相位增量在此處所描述之簡單例 子中爲0„。然後，多工器1 4 6會傳送相位增量（ω»») 作爲加法器/減法器1 5 0之一輸入，同時，控制邏輯 1 4 8和及閘1 4 4的一區會使得被存於相位累積器 1 5 2中的前一相位被傅送以作爲加法器/減法器1 5 0 其它輸入，此加法器/減法器會 請注意，此加法可以執行模 相位累積器字的大小刻度化成2 將兩數量相加。 數2;r，此模數2ττ會將 π。此加法的結果爲用於 振盪器0的新相位，或用於新取樣點的，此結果接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ n^—· In ^^^1 111 ^^1· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂1 線- 320719 A7 B7 五、發明説明（28 ) 著會被存回相位記憶體1 5 4。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，s i n (wmt )必需被計算之。這是藉由波 形電路1 5 8而被執行的，此電路會從相位記憶體1 5 4 取得用於振盪器0之相位並根據含於第三鎖存器1 4 2 c 內的波形參數而將其轉換成所需波形》在此處所述之簡單 例子中，波形電路1 5 8的輸出爲用於新取樣點的 s i η ( ω m t ) 〇 雖然，上述之相位增量操作及波形操作被描述成順序 發生，但是，其可以爲一較佳的電路設計以使二個操作同 時發生，以致於兩個取樣點可以由電路一次同時處理之。 藉由平行執行這兩個操作而非順序處理，可使電路速度最 佳化。但是，這將需要付出更複雜控制設計之代價以使平 行操作致動之》 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 然後，一包絡產生器1 6 0會從第一參數鎖存器 1 4 2 a取得關於開關狀態（開或關）和破壞、衰減、保 持及釋放參數等資訊，並計算用於振盪器〇之目前包絡值 。一振幅邏輯區1 6 2會取用此目前包絡值、取得儲存於 第二參數鎖存器1 4 2 b中的振幅參數、並根據這些值計 算用於新取樣點之振盪器〇的振幅。然後，一振幅乘法器 1 6 4會將波形電路1 5 8的輸出乘以振幅。振幅乘法器 1 6 4的输出，在此處所述之簡單例子中爲 I(t)sin(6>mt) ’然後會被儲存於延遲記憶體 1 6 6中’取代二倍的先前輸出取樣。 其餘電路會使得用於相同取樣之振盪器的輸出及先前 本紙張尺度適i中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~ -〇1 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（29) 的振盪器之輸出可以總和之。這是藉由输出控制邏輯 1 7 2、及閘1 76的區、及一加法器而完成的》此外， 累積器1 8 0會維持所有振盪器的輸出之累積總數。在此 處所述之簡單例子中，這些操作是無需的，而且，不使用 此電路。如同習於此技藝者所習知的一般，當一和諧音中 的數個音以每一音具有其自己的調變及載波振盪器的集合 而被同時產生時，可便用此電路。在這些情形下，數個振 盪器的結果會跟隨不同振盪器或振逯器組的不同處理而被 總和之。 這會完成用於振盪器0的新取樣點之處理，然後，會 對載波振盪器，振盪器1，開始相同的處理。但是，因爲 振盪器0的輸出必需被振盪器1高通濾波並使用之，用於 振盪器1的新取樣點之處理是有些複雜。請注意，在振盪 器1的參數於針對振盪器1的處理期間被存取時之前的某 時點處，用於振盪器1的參數必需自參數記憶體1 3 8被 讀入參數鎖存器1 4 2，取代用於振盪器0之參數。 由振盪器1對新取樣點的處理會藉由對用於振盪器1 的任何調變振盪器的輸出作高通濾波而開始之。被鎖存於 第七參數鎖存器1 4 2 g的資訊會決定那一個振盪器’假 使有任何一個，可作爲用於載波振盪器之調變器。在此處 所述之簡單例子中，第七參數鎖存器1 4 2 g會標示振盪 器0爲用於振盪器1之調變振盪器。 如同圖6之髙通濾波器之訊號流程圖所示’對振盪器 0的输出所作之高通濾波會需要南個振盪器〇的最接近取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐> _ 32 - I n 11裝 ~~訂 I 鍵 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 320719 A7 B7 五、發明説明（3〇 ) 樣輸出》這兩個输出會被儲存於延遲記憶體中。當於下述 處理期間被要求時，這兩個值會自延遲記憶體1 6 6中被 取出並輸入至多工器1 4 6。 假使自我調變正被執行時，如有需要，移相器1 7 4 會被用以衰減這些被延遲的訊號。因爲此處所述之簡單例 子中並未包含自我調變，所以，移相器1 7 4並未於此例 中被使用》但是，如同於習於此技藝者所習知的一般，使 用含於第六參數鎖存器1 4 2 f中的回饋f數之移相器 174 可被用以執行圖8所示之訊號流程圖之自我調變 ，係屬顯而易知的。 爲產生用於新取樣點之被高通濾波的振盪器0的輸出 ，在調變振盪器的兩個先前取樣輸出之差異必需被計算之 。在此處所述之簡單例子中，計算此差異會導致近似於乘 以公™。因此，對於新取樣點而言，結果爲近似於 I (t)6)msin(&)mt)。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲計算此差異，用於延遲記憶體1 6 6的位址邏輯 1 6 8會使得用於振盪器0之先前输出被輸出，而且，其 會通過移相器1 7 4、多工器1 4 6及加法器/減法器 1 5 0，它們之中沒有一個會修改此輸出，然後，此輸出 會到達相位累積器並存於其中。一旦完成此步驟，控制邏 輯148會使多工器146存取用於新取·樣點之振盪器〇 的输出，此输出係來自延遲記憶體1 6 6，爲 1 (t) s in (wmt)。多工器146會傳送此下一 取樣输出以作爲加法器/減法器1 5 0之输入，同時，控 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 33 _ 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A 7 B7 五、發明説明（31 ) 制邏輯1 4 8和及閘1 4 4的一區會使現存於相位累積器 1 5 2中之先前取樣輸出被傳送爲加法器/減法器1 5 0 之其它輸入，此加法器/減法器1 5 0會自用於新取樣點 的振盪器0的輸出中扣除振盪器0的先前取樣输出。在此 處所述之簡單實施例中，結果近似 1 (t)<ymsin(wmt)。 接著，爲產生用於新取樣點之振盪器1的相位，用於 振盪器1的先前取樣點之累積相位必需被加至用於振盪器 1的相位增量之總和（此總和爲)及被高通濾波的振 盪器1的調變振盪器（振盪器0 )之輸出，此輸出爲 I (t)(ynisin(a)mt)。對新的取樣點而言，此總 和變成近似〔<yc+I (t) 6>ms i n (<ymt) 〕t。 爲了計算此總和，用於延遲記憶體1 6 6之位址邏輯 1 6 8會使其输出用於振盪器1的先前相位輸出，然後， 此輸出會通過移相器1 7 4及多工器1 4 6，它們之中沒 有一個會修改此輸出，然後，此輸出會到達加法器/減法 器1 5 0，此加法器/減法器1 5 0會將此輸出加至相位 累積器1 5 2的內容。在此處述之簡單例子中，那些內容 爲被高通濾波之振邊器0的輸出，或 I (t) ω ms i η (ω,,,ΐ)。此步驟之完成係藉由使多 工器1 4 6傳送用於振盪器1的先前取樣輸出作爲加法器 /減法器1 5 0之一輸入，同時，控制邏輯1 4 8和及閘 1 4 4的區會使得被儲存於相位累積器1 5 2中的先前總 和被傳送以作爲將兩數量相加之加法器/減法器1 5 0之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_ & ----------裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 3^0719 A7 __B7 五、發明説明（32) 其它輸入，而達成的。如同前述，此新總和會被儲存於相 位累積器1 5 2中。 最後，多工器1 4 6會從第四參數鎖存器1 4 2 d中 取得用於振盪器1的相位增量（wc )。多工器14 6會 傳送相位增量（ω。）以作爲加法器/減法器1 5 0之一 輸入，同時，控制邏輯1 4 8和及閘1 4 4的區會使得被 儲存於相位累積器1 5 2中的先前總和被傳送以作爲將兩 數量相加之加法器/減法器1 5 0之其它輸入。 請注意，任一或所有上述之加法和減法可以模數2 π 執行之，此模數係將相位累積器字的大小刻度化爲2 π。 所有這些加法及減法的結果爲用於振盪器1的新相位，或 用於新取樣點之〔6>c+ I (t i )〕t ) ，然後，其會被存回相位記憶體1 5 4。 然後，必需爲新取樣點計算 s in ( ω c + I ( t ) ω m s i η ( ω m t ) 〕 t)。道 是由波形電路1 5 8所執行的，此波形電路1 5 8會從相 位記憶體1 5 4取得用於振盪器1之相位並根據包含於第 三參數鎖存器1 4 2 c中的波形參數將其轉換成所需的波 形。在此處所述之簡單例子中，波形電路1 5 8的輸出近 似用於新取樣點之 s i η ( ω 〇 + I (t)6dmsin(6Jmt)〕 t)。如 上所述，雖然，上述之相位增量操作及波形操作被描述成 順序發生，但是，在最佳設計中，電路可以使二個操作同 時發生。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2.97公釐）-35 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 S2Q719 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（33) 然後，包絡產生器1 6 0會從第一參數鎖存器 1 4 2 a取得關於開關狀態（開或關）和破壤、衰減、保 持及釋放參數等資訊’並計算用於振盪器〇之目前包絡值 。振幅邏輯區1 6 2會取用此目前包絡值、取得儲存於第 二參數鎖存器1 4 2 b中的振幅參數、並根據這些值計算 用於新取樣點之振螢器1的振幅。然後’ 一振幅乘法器 1 6 4會將波形電路1 5 8的輸出乘以振幅。振幅乘法器 1 6 4的输出，在此處所述之簡單例子中近似 A ( t ) s in ( ω 〇 + I ( t ) ω m s in ( ω m t ) 〕 t )，然後會被儲存於延遲記憶體166中，取代用於振盪 器1之二倍的先前输出取樣。 如上所述，其餘電路會使得用於相同取樣之振盪器的 輸出及先前的振盪器之輸出總和之。在此處所述之簡單例 子中，這些操作是無需的，而且，不使用此電路。 在二振盪器均被處理過之後，根據第五參數鎖存器 1 4 2 e的內容，输出控制邏輯1 7 2會使得累積器 1 8 0的內容被傳送至聲頻输出鎖存器1 8 2，並使得累 稹器1 80藉由使用及閘1 76而被清除》然後，會針對 始於振盪器0的新取樣開始處理。以此方式，代表合成樂 聲之訊號會於聲頻輸出鎖存器1 8 2處被產生，於此，其 可適當地被放大*並被用以驅動喇叭，於此，樂聲可被聽 到。此FM合成處理係即時發生的。 如上所述，根據此說明書之說明，圖1 0的電路會以 習於此技藝者所習知之方式被用以支援多種FM拓蹼，例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_36_ ^^^1- Bn— ^^1 lie J^i— n^i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線----- 320719 Α7 Β7 五、發明説明（34) 如自我調變、串級及同時產生數種旋律。也如上所述，諸 如振動音和顫音等音調品質也可藉由結合習於此技藝者所 習知之技術與此說明書之說明以改變ω。、ωπι ’而於本發 明中被實施之。 最後，應注意，參數會以多種格式被儲存於參數記憶 體1 3 8之中，此參數記憶體1 3 8可與現存合成器並容 。在此情形下，會需要加法邏輯以便將參數鎖存器1 4 2 中的資料譯成正確格式。 ί nn —^n 1-^ »1 ^^^1 — I ^^^1 I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-=* -絲---Γ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -37 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 申請專利範圍 附件一 Α8 Β8 C8 D8 Linl1 修正 補无 第85104237號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國86年4月修正 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 1 . 一種合成聲音之電路，包括： 調變相位增量振盪器，用於產生調變訊號以回應調變 相位增量及調變指數； 濾波器，耦合至該調變相位增量振盪器，用以接收該 調變訊號及從其中產生已濾波之調變訊號；及 載波相位增量振盪器，耦合至該濾波器，用以接收該 已濾波的調變訊號，並部份地根據該已濾波的調變訊號而 產生聲頻訊號。 2 .如申請專利範圔第1項之電路，其中濾波器爲髙 通濾波器。 3 .如申請專利範圍第2項之電路，其中髙通濾波器 爲第一階FIR髙通濾波器。 4.如申請專利範圔第1項之電路，其中調變相位增 量振盪器包括波形裝置。 5 .如申請專利範圍第4項之電路，其中波形裝置會 產生正弦波。 6 .如申請專利範圍第4項之電路，其中波形裝置會 產生非正弦波。 7 .如申請專利範圍第1項之電路，其中載波相位增 量振盪器包括波形裝置。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 派- 訂 320719 A8 B8 C8 . D8 六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圍第7項之電路，其中波形裝置會 產生正弦波。 9 .如申請專利範圍第7項之電路，其中波形裝置會 產生非正弦波。 1 0 .如申請專利範圍第1項之電路，其中調變相位 增量振盪器包括乘法器。 1 1 .如申請專利範圍第1項之電路，其中載波相位 增量振盪器包括乘法器。 1 2 .如申請專利範圍第1項之電路，其中電路會被 分時多工化以提供K振盪器· 1 3 .如申請專利範圍第1項之電路，其中電路會被 分時多工化以提供S振塗器。 1 4 .如申請專利範圍第1項之電路，進一步包括插 入於濾波器與載波相位增量振盪器之間的加法器· 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之電路，其中調變相 位增量振盪器、載波相位增量振盪器、濾波器及加法器中 至少二個會利用相同的加法器電路· 16 種合成聲音之電路，包括： 濾波器，用以接收調變訊號及從其中產生已濾波之調 變訊號；及 載波相位增量振塗器，耦合至該濾波器，用以在頻率 輸入處接收該已濾波的調變訊號，並部份地根據該已濾波 的調變訊號而產生聲頻訊號。 17·—種合成聲音之電路，包括： ml an ^^1 H !1 ^^1 ^ 一水 ml In {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 2 5^0719 A8 B8 C8 D8 ¥、申請專利範圍 調變相位增量振盪器 相位增量及調變指數； 濾波器，耦合至該調變相位 調變訊號及從其中產生已濾波之 加法器，耦合至該濾波器， 訊號並用以產生該已濾波的調變 和；及 載波相位增量振盪器*耦合 聲頻訊號。 1 8 .如申請專利範圍第1 位增置振盪器包括電路，從總和 號。 1 9 .如申請專利範圍第1 位增量及/或載波相位增置係因 2 0 .如申請專利範圍第1 數/或振幅包絡係因時而變的。 用於產生調變訊號以回應調變 增量振盪器 調變訊號； 用以接收該 訊號與載波 ，用以接收該 及 已濾波之調變 相位增量之總 至該加法器，從總和產生 7項之電路 及振幅包絡 7項之電路 時而變的· 8項之電路 其中載波相 產生聲頻訊 其中調變相 其中調變指 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 .一種合成聲音之方法，包括： 從調變相位增量及調變指數，產生調變訊號； 將調變訊號濾波之； 將已被濾波之調變訊號與載波相位增量相加以取得總和 :及 從總和產生聲頻訊號。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中產生波 驟包括從總和及振幅包絡，產生聲頻訊號。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 3 _ 3iG719 A8 B8 C8 、 D8 々、申請專利範圍 2 3 ·如申請專利範圔第2 1項之方法，其中減波步 驟包括使用高通濾波器* 11 ^ ^ 111--1Μ衣— —— I 11 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 .如申請專利範圔第2 3項之方法，其中濾波步 驟包括使用第一階FIR髙通濾波器·. 2 5 .如申請專利範圔第2 1項之方法，其中產生調 變訊號之步驟包括波形化· 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之方法，其中波形化 步驟包括產生正弦波。 2 7 .如申請專利範圍第2 5項之方法，其中波形化 步驟包括產生非正弦波。 2 8 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中產生訊 號之步驟包括波形化· 2 9 .如申請專利範圔第2 8項之方法，其中波形化 步驟包括產生正弦波。 3 0 .如申請專利範圍第2 8項之方法，其中波形化 步驟包括產生非正弦波。 經濟部中央標準局貝Μ消费合作社印裝 3 1 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中產生調 變訊號之步驟包括波形化。 3 2 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中產生訊 號之步驟包括相乘。 3 3 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中至少這 些步驟中的一步驟會被分時多工化。 3 4 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中至少這 些步驟中的二步驟會使用相同的加法器電路。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) M規格（210x297公釐）_ a _ 320719 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 5 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中調變相 位增量及/或載波相位增量係因時而變的。 3 6 .如申請專利範圍第2 2項之方法，其中調變指 數及/或振幅包絡係因時而變的· 3 7 ·—種電路，藉由自我調變以合成聲音，包括： 相位增量振盪器，從第一相位增量產生自我調變訊號 ，於此，自我調變訊號也會作爲代表聲音之訊號； 延遲操作器，延遲自我調變訊號； 濾波器，用以產生被濾波過的自我調變訊號：及 加法器，用以產生被濾波過的自我調變訊與第二相位 增量之總和，此處之總和爲第一相位增量· 3 8 .如申請專利範圍第3 7項之電路，進一步包括 插入於延遲操作器與濾波器之間的移相器，其會將被延遲 的自我調變訊號乘以固定總數· 3 9 .如申請專利範圍第3 8項之電路，其中調變相 位增量包括電路，從第一相位增量及振幅包絡產生自我調 變訊號。 4 0 ·如申請專利範圍第3 9項之電路，其中振幅包 絡係因時而變的。 41 種電路，藉由串級以合成聲音，包括： 至少二個相位增量振盪器，包括從相位增量及調變指 數產生自我調變訊號之電路，其中，二個相位增量振盪器 中至少一個振盪器會接收至少二個相位增量振盪器的先前 一個之濾波過的输出； I- - ^^1 I —^1 ·11 J-衣 n HI 1^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > Μ规格（210X297公釐） -5 - A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 至少一濾波器一濾波器，包括電路，用以產生由至少 一個調變相位增量振盪器所產生的至少一調變訊號之濾波 過的版本； 至少一加法器，包括電路，用以產生至少一被濾波過 的調變訊號與一第二調變相位增量之總和： 載波相位增量振盪器，從被濾波過及已相加的至少二 個調變相位增量振盪器的输出之總和，產生代表聲音之訊 號： 延遲操作器，延遲自我調變訊號； 濾波器，用以產生被濾波過的自我調變訊號；及 加法器，用以產生被濾波過的自我調變訊與第二相位 增量之總和，此處之總和爲第一相位增量· 4 2 .如申請專利範圔第4 1項之電路，其中載波相 位增量振盪器包括電路，用以從至少一加法器及一振幅包 絡所產生的總和，產生代表聲音之訊號。 4 3 .如申請專利範圍第4 2項之電路，其中調變指 數及/或振幅包絡係因時而變的。 I---I I I I 丄 沪1 - I I I 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）