TW582021B - Musical sound synthesizer - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 582021 A7 B7 五、發明說明（1 ) 〔技術領域〕 本發明係關於樂音產生技術；特別是關於分成硬體及 軟體進行聲音資料的生成。 〔先彳了技術〕 · 已知有讀入樂譜資料，輸出出現在該樂譜的聲音之電 腦控制的樂音產生裝置。此樂音產生裝置，通常是電腦控 制音樂處理專用的聲音處理器進行聲音的合成，經D / A 轉換後，揚聲器發聲。 〔發明所欲解決之課題〕 不過，因使用者需求的提高，而要求更真實實性的具 有臨場感之聲音。過去的技術若是重新設計聲音處理器， 製造新的硬體後搭載在樂音產生裝置，就可以對應於所要 求的需求。然則開發新的硬體耗費成本及時間。因此利用 硬體來加以對應並不容易。 此外，以軟體進行全部的處理，會有過度耗費處理的 時間，聲音延遲之問題。組合影像及聲音輸出時特別會造 成問題。 因此，本發明的目的係提供將軟體處理與硬體處理力口 以組合之樂音產生技術。 〔用來解決課題之手段〕 爲了達成前述目的，本發明則是進行以下的處理。即 ---«--丨^------· I ^------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 582021 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 是載入樂譜資料當中的一部分，根據該所安裝的樂譜資料 ，輸出第1數位資料。這個處理以聲音合成電路進行。讀 入所接收樂譜資料當中的其他一部分，根據該所讀入的樂 譜資料，生成第2數位資料。這個處理利用讀入經前述處 理過的程式之處理器進行。然後將第1和第2數位資料轉 換成類比訊號。這個處理利用D / A轉換器進行。 〔實施形態〕 以下，參照圖面說明本發明的實施形態。 第1圖係爲表示本發明實施形態的樂音產生裝置中硬 體構成之圖。本實施形態的樂音產生裝置適用於接收從外 部的輸入操作而輸出聲音及影像之娛樂裝置最合適。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本實施形態的樂音產生裝置具備：主C P U ( Central Processing Unit) 1 1 〇，及記憶體1 2 0，及影像處理器 130，及次CPU210，及聲音處理器220，及記 憶體230，及緩衝器240，及揚音器300。然後主 C P U 1 1 〇，及記憶體1 2 0，及影像處理器1 3 0等 以高速匯流排150連接；次CPU210，及聲音處理 器2 2 0，及記憶體2 3 0，及緩衝器2 4 0以低速匯流 排2 5 0連接。進而，高速匯流排1 5 0與低速匯流排 2 5 0介由匯流排介面1 8 0連接。 記憶體1 2 0中記憶聲音檔庫3 1 0 ,及音源檔 3 3 0。記憶體2 3 0中記憶聲音檔庫3 2 0，及樂譜資 料 3 4 0。 Ϊ紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210 X297公釐） ~ " -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 582021 A7 B7 五、發明說明（3 ) 緩衝器240中具有儲存從次CPU21〇傳送到主 CPU11Q的資料之MC領域24 1，及儲存從次 CPU21〇傳送到聲音處理器220的資料之SP領域 2 4 2，及記憶從主C Ρ ϋ 1 1 〇傳送到聲音處理器的 PCM資料350之PCM領域243。 . 主CPU110以60Hz的周期動作。主 -cpU 1 1 〇例如其處理能力爲3 00ΜΙ PS程度亦可 。當本樂音產生裝置適用於娛樂裝置時，主CPU 1 1 0 主要是進行用來輸出影像的處理，控制影像處理器1 3 0 °也就是根據時脈產生器（未圖示）所產生的時脈訊號， 以1/6 0秒爲1周期，在各周期內進行預定影像輸出的 處理。其處理情況如第4 ( a )圖所示。主c P U 1 1 〇 每1/6 0秒進行影像關係的處理G。當在該周期內所應 該進行的處理提早結束時，則直到下一個周期來到爲止不 進行處理。利用此空置時間B，進行有關以下所說明的音 響輸出之處理。（參照第4(C)圖）。 有關音響輸出之處理經從聲音檔庫31〇讀入預定的 程式後執行。以下，針對其詳情作說明。 主CPU1 1〇從緩衝器240的MC領域241讀 入音符資料3 5 0。根據所讀入的資料，主C ρ u 1 1〇 將聲音合成，生成P CM (Pulse Code Modulation)資料。 音符資料3 5 0係指如第3圖及第3圖所示的例如音色及 表不該音色的聲音狀態之包含記述之文件資料。音符資料 係表示例如聲音的發音，聲音的停止及發音聲音高度當中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） -IIIIIIII1II — · I Γ I I I I I ^ ·11111111 · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6- 582021 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ___ 五、發明說明（4 ) 的至少有關其中的一個之聲音狀態。音符資料3 5 0經次 CPU2 1 1生成後儲存到緩衝器2 4 0的MC領域 241或是SP領域242。音符資料350被構成爲次 C P U 2 1 0在於各周期所輸出之組塊3 5 1。 第2圖所示音符’資料的例子分割成4個組塊。在各組 塊3 5 1中至少包含所謂表示該組塊大小的'' Data size = XX 〃和表示組塊所產生的時刻的''Time code = NN〃之記述。 此時間碼所示的時刻以m m秒單位表示。只不過，此時刻 係用來把握與其他音符資料的相對時刻，不須與現實的時 刻一致。另外，取代時間碼，改而採用能判別資料的產生 順序之序號亦可。 進而，含在資料組塊3 5 1 a之'' Program Change P0 = 2〃 ， ''Program Change Pl = 80〃 分別表示「partO 中識別 子設定2種樂器」，「parti中識別子設定8 0種樂器」。 另外，"Volume P0 = 9(T， 、、Volume Ρ1 = 1 00 # 分別表示「 partO的音量設定爲9 0」，「parti的音量設定爲1 0 0」 〇 第3圖中含在資料組塊3 5 1 b之'' Key on P0 = 6(T， Key on Pl=64〃分別表示「partO以6 0的聲音（中央D ο )發聲」，「partO以64的聲音（中央Mi)發聲」。含 在資料組塊3 5 1 c之'' Key on P 1=67〃表示「parti以6 7 的聲音（中央S 〇 )發聲」。含在資料組塊3 5 1 d之'' Key off Ρ〇 = 6(Γ， '' Key off Ρ1 =64"分別表示「停止輸出 partO的60聲音（中央Do)」，「停止輸出partO的6 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I n I n n l l n n ϋ an ϋ ·1 # l i n n n an n 一51，I ϋ n I n n 1 I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 582021 A7 B7 五、發明說明（5 ) 聲音（中央M i )」。這些的音符資料3 5 0，經次 CPU2 1 0生成後儲存到緩衝器240的MC領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 1。 P C Μ資料3 6 0係指從音源檔3 3 0取出相當於每 個音符資料3 5 0所表示的各部分（part)的聲音狀態之聲 音資料後加以合成並且編碼化。P C Μ資料3 6_ 0 , _如第 5圖所示，區分在對應於音符資料3 5 0的各資料組塊 3 5 1之組塊36 1後生成，儲存到緩衝器240的 PCM領域 243。 . 影像處理器13 0，在主CPU 11〇的控制下，進 行使影像顯示在顯示裝置（未圖示）之處理。 次CPU210以240Hz〜480Hz的周期動 作。次CPU2 1 0例如其處理能力爲3 0M I P S程度 亦可。以下的各處理都是從聲音檔庫3 2 0讀入預定的程 式後執行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 次c P U 2 1 0，從記憶體2 3 0讀入樂譜資料 340，生成如第2圖及第3圖所示的音符資料350。 所生成的音符資料350儲存到緩衝器240。其中，主 C Ρ ϋ 1 1 〇所應該處理的音符資料3 5 〇記憶到μ c領 域2 4 1 ;聲音處理器2 2 0所應該處理的音符資料記憶 到S Ρ領域2 4 2。 此處，例如聲音處理器2 2 0所應該處理的音符資料 3 5 0若爲有關基本聲音的資料亦可。主CPU 1 1 〇所 應該處理的音符資料3 5 0若爲有關旋律的資料或是有關 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 582021 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 特殊效果所必要之處理亦可。 聲音處理器220，在主CPU210的控制下，進 行輸出到揚聲器300的聲音生成。具體上，聲音處理器 2 2 0具備聲音合成電路2 2 1及D/A轉換電路2 2 2 。聲音合成電路221，從SP領域，242讀入 · C P U 2 1 0所生成之音符資料3 5 (X，輸出所被編碼化 過的合成聲音之P CM資料3 6 0。D/A轉換電路 222，將聲音合成電路221所生成的PCM資料 3 6 0及主CPU 1 1 0所生成的P CM資料3 6 0轉換 成類比的電壓訊號，此訊號輸出到揚聲器3 0 Q。 聲音檔庫310， 320儲存有本樂音產生裝置進行 輸出聲音的處理之程式模組。例如包括有進行樂譜資料 3 4 0的讀入等之輸入處理模組，進行聲音合成之聲音合 成處理模組，控制聲音處理器之聲音處理器控制模組，用 來附加濾音處理或迴音處理的特殊效果之特殊效果模組等 〇 音源檔3 3 0記憶用來合成各種樂器等的各種聲音之 音源資料。 樂譜資料3 4 0爲將音樂的譜面所表示的資訊載入到 電腦上之資料。 其次，參照第4圖說明主CPU 110及次 C P U 2 1 0的動作時間點。第4圖的任一圖都是橫軸袠 示時間。 第4 ( a )圖係爲表不主CPU 1 1 0進丫了有關影f象 -1--·---·------· ΙΓ-----訂------- ---· (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 9 - 582021 A7 B7 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 之處理G時的樣子之時間圖。主c P U 1 1 〇以1 / 6 0 的周期動作。從各周期的起點A起，開始處理該周期所應 該處理的影像。然後該處理結束則主C P U 1 1 〇直到下 一個周期來到爲止不進行處理。即是C P U有空檔時間B (圖中的斜線部分）。 . 第4 (b)圖係爲表示次CPU 2. 10進行音符-資料 3 5 0的生成。輸出處理S時的樣子之時間圖。此處則是 假設爲次CPU210以1/240秒周期動作的狀況。 至於次CPU210也是與主CPU110同樣地，從各 周期的起點A起開始該周期內所應該處理之處理。然後， 音符資料的生成及輸出結束則直到下一個周期來到爲止成 爲CPU的空檔時間B。然而，次CPU2 1 0所生成之 音符資料3 5 0包括聲音處理器2 2 0所直接處理的資料 ，及主CPU110處理過後，傳送到聲音處理器200 的資料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第4 (c)圖係爲主CPU110在空檔時間B進行 聲音合成處理時之時間圖。以周期丁 2爲例作說明。在周 期t 3〜t 6之間，次C P U 2 1 〇所生成之音符資料 3 5 0，儲存到緩衝器240。其中，第2圖表示記憶在 MC領域241之音符資料350。主CPU1 1〇讀入 此4個組塊3 5 1的音符資料3 5 0，進行預定的處理。 此時，主C P U 1 1 〇參照時間碼依照時間碼的順序 ，以組塊3 5 1的單位，進行P CM資料3 6 0的生成處 理P。此處，爲了在主CPU 1 1〇的1周期內處理次 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 582021 A7 B7 五、發明說明（8 ) c P u 2 1 0的4周期分資料，因而也能同時一次處理該 4周期分的資料。但是經同時一次處理，原本能依1 / (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 0秒的精度進行聲音的合成，不過卻降低到1 / 6 0 秒的精度。此樣，以各組塊單位進行P C Μ資料的生成處 理，就能夠防止精度的降低。 · 另外，在主C P U 1 1 0正在進行有關影像W處·理G 時，從次CPU2 10插入，暫時中斷影像的處理，而進 行P C Μ資料生成處理Ρ亦可。只不過此情況則會降低影 像處理的處理效率。因此，如上述，在影像處理結束後， 經整合同時進行P C Μ資料生成處理，則能夠在不降低影 像處理效率下進行處理。 主CPU 1 1 〇將PCM資料3 6 0以每個組塊 3 6 1記憶到緩衝器2 4 0的P C Μ領域2 4 3。 P C Μ 3 6 0的組塊3 6 1對應於音符資料3 5 0的組塊 351。另外在主CPU110完成1周期的處理之時間 點，儲存在P CM領域2 4 3之P CM資料3 6 0的資料 量，換成聲音從揚聲器3 0 0所輸出的時間，則相當於1 / 6 0秒以上的資料量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 影像處理器2 2 0以和次處理器2 1 〇相同的周期動 作。因此，此處則是以1 / 2 4 0秒周期動作。各周期中 ，聲音合成電路2 2 1從S P領域2 4 2，讀入音符資料 350的1周期351而生成PCM資料360。所1生成 的P CM資料3 6 0經由D/A轉換電路2 2 2而轉換成 類比的電壓訊號。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） -11- 582021 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 同樣地，各周期中，從音符領域2 4 3讀入P C Μ資 料3 6 0的1組塊3 6 1後，經由D / Α轉換電路2 2 2 轉換成類比的電壓訊號。 此處，從S P領域2 4 2載入的資料及從音符領域 2 4 3載入的資料必須同步。原本在從次C P U 2 1 0.輸 出的時間點爲同步。但是音符領域2 4. 3的資料，由-於經 過主C Ρ ϋ 1 1 〇的處理，所以只在該處理所需要的時間 傳送。因而從S Ρ領域2 4 2的讀入延遲預定的時間進行 〇 如以上所說明過，依據本實施形態的樂音產生裝置， 聲音處理器2 2 0則能夠同時輸出聲音處理器2 2 0的聲 音合成電路2 2 1進行合處理過之P CM資料，及經由主 CPU 1 1 〇以軟體所合成之PCM資料。 進而，軟體的處理由於能夠較容易地進行追加，刪除 ，變更，因而能夠輸出各種不同的聲音。另外，主 c P U 1 1 0進行一時間施加迴音或濾音等之特殊效果處 理，或是有關聲音處理器所未具有的特殊功能之處理，聲 音處理器2 2 0執行基本聲音等經常性的處理，就能分散 負荷而同時輸出高品質的聲音。 〔發明效果〕 依據本發明，軟體處理與硬體處理加以組合就能夠使 其產生音樂。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) -12- ! ΙΊ--：------------訂--------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 582021 A7 ，__B7_ 五、發明説明（10) 〔圖面之簡單說明〕 第1圖係爲表不本發明的實施形態中樂音產生裝置的 硬體構成之說明圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖係爲表示本發明的實施形態中記憶在緩衝器的 音符資料例之說明圖。 第3圖係爲表示本發明的實施形態中記憶在緩衝器的 音符資料例之說明圖。 第4圖係爲表示本發明的實施形態中主C P U及次 C P U的動作時間點之說明圖。 第5圖係爲表示本發明的實施形態中記憶在緩衝器 2 4 〇的p C Μ資料例之說明圖。 〔圖號說明〕

1 1 0 :主 C P U 12 0，2 3 0 :記憶體 1 3 0 :影像處理器 1 5 0 :高速匯流排 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

1 8 0 :匯流排I / F

2 1 〇 :次 C P U 2 2 0 :聲音處理器 22 1:聲音合成電路 222:D/A轉換器 2 4 〇 :緩衝器 2 5 0 :低速匯流排 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 582021 A7 B7 五、發明說明（11 ) 3 0 0 :揚聲器 3 10， 320 聲音檔庫 ο ο ο ο 3 4 5 6 3 3 3 3 檔 源 音 料料 資資 譜符 樂音

料 資 Μ C --------Ί·----i.----丨丨訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14 -

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 附件2 : 第90105067號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁} 民國92年1月30日修正 1.一種樂音產生裝置，係爲針對具備第1處理系統 、及第2處理系統、及聲音處理器等之樂音產生器，其特 徵爲： 前述第1處理系統具備： 讀入樂譜之讀入手段；及 轉換前述樂譜資料，生成針對一以上的音色表示該各 音色中聲音狀態的音符資料之音符資料生成處理；及 將前述所生成之音符資料區分成聲音處理器所處理的 第1音符資料，及第2處理系統所處理之第2音符資料後 ，分別輸出之輸出手段； 前述第2處理系統具備： 讀入前述第1處理系統所輸出的第2音符資料之讀入 手段；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據前述所讀入的第2音符資料，生成已合成複數種‘ 音色的第1合成聲音資料之聲音合成手段；及 輸出前述第1合成聲音資料之輸出手段； 前述聲音處理器具備：在於前述第1處理系統的控制 下，讀入前述第1處理系統所輸出的第1音符資料，根據 該音符資料，生成已合成複數種音色的第2合成聲音資料 之轉換電路，及參·照前述第1和第2合成聲音資料使其發 I紙張適用中關家梂準（CNS ) ( 210X297公釐)"— --- 582021 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 聲之揚聲器。 2 ·如申請專利範圍第1項之樂音產生裝置，其中前 述第1和第2處理系統都是周期性動作；且前述第1處理 系統以比前述第2處理系統還短的周期動作； 前述音符資料生成手段，在於前述第1處理系統的各 周期，生成前述音符資料； 前述輸出手段，以前述第1處理系統的一周期內所生 成的音符資料爲1個組塊，且在該各組塊中含有能判別生 成順序的識別資訊後輸出； 前述合成聲音生成手段，根據前述第2處理系統的一 周期內含在複數個前述組塊中的音資料，生成前述第1合 成聲音資料。 3·如申請專利範圍第2項之樂音產生裝置，其中前 述合成聲音生成手段，根據前述各組塊中能判別前述所生 成的順序的識別資訊，依照每個組塊所生成的順序，生成 前述第1合成聲音資料。 4 ·如申請專利範圍第2或3項之樂音產生裝置，其 中能判別前述所生成的順序之識別資訊爲表示所生成的時 刻之時刻資訊。 5 ·如申請專利範圍第1、2或.3項之樂音產生裝置 ，其中前述第1音符資料爲有關基本聲音之音符資料；第 2音符資料爲有關旋律之音符資料。 6 · —種樂音產生控制裝置，係爲針對接收樂譜資料 後，控制樂音產生裝置之樂音產生控制裝置；其特徵爲具 本紙張尺度適用中國國家檬準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ ' - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 582021 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 f廿 · 備· 載入前述樂譜資料的一部分，根據該所載入一部分的 樂譜資料，輸出第1數位資料之聲音合成電路；及 讀入前述樂譜資料的其他一部分，根據該所讀入其他 一部分的樂譜資料，讀入包含生成第2數位資料的處理之 電腦程式後，執行該處理之處理器；及 將前述第1和第2數位資料轉換成類比訊號，輸出到 前述樂音產生裝置之D/A轉換器。 7 . —種樂音產生方法，係爲具備有第1處理器、及 第2處理器、及聲音處理器等的樂音產生裝置之樂音產生 方法；其特徵爲： 前述第1處理器執行下述的處理： 讀入樂譜資料之讀入處理；及 轉換前述樂譜資料，生成針對一以上的音色表示該各 音色中聲音狀態的音符資料之音符資料生成處理；及 將前述所生成的音符資料區分成聲音處理器所處理的 第1音符資料，及第2處理器所處理的第2音符資料後分 別輸出之處理； 第2處理器執行以下的處理： 讀入前述第1處理器所輸出的第.2音符資料之讀入處 理；及 根據前述所讀入的第2音符資料，生成已合成複數種 音色的第1合成聲音資料之聲音合成處理；及 · 輸出前述第1合成聲音資料之處理； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3 - ---------^--·----1T------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 582021 A8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 前述聲音處理器具備：在於前述第1處理器的控制下 ，讀入前述第1處理器所輸出的第1音符資料，根據該音 付資料，生成已合成複數種音色的第2合成聲音資料之處 理，及對照前述第1和第2合成聲音資料而使揚聲器發聲 之處理。 8 . —種娛樂裝置，係爲具備有申請專利範圍第1項 的樂音產生裝置之娛樂裝置。 9 · 一種使處理器執行音響處理之執行方法，前述處 理器係周期性動作，且在前述處理器的一周期內，使前述 處理器執行有關畫像處理的第2處理，當前述第2處理結 束後，執行有關音響處理的第1處理，並輸出前述第1處 理的結果。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中前述第1 處理被係分割成複數個處理單位，前述第2處理爲單一的 處理單位； 被分割成複數個處理單位之第1處理，在結束執行以 前述單一的處理單位所構成的第2處理後，以前述每個處 理單位執行。 11·一種具備有周期性動作的主處理器之音響處理 裝置，其特徵爲： 前述主處理器係在該主處理器的一周期內執行：有關 音響處理之第1處理以及有關畫像處理之第2處理，並輸 出第1處理的結果。 · 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之音響處理裝置，其 本&張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ ：" --；-------^--_----1T------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 582021 A8 Β8 C8 D8 、申請專利範圍 中前述第1處理被分割成複數個處理單位，前述第2處@ 爲單一的處理單位； 被分割成複數個處理單位之第1處理，在結束執行由 前述單一的處理單位所構成的第2處理後，以前述每個處 理單位執行。 1 3 .如申請專利範圍第1項之樂音產生裝置，# Ψ 前述音符資料表示聲音的發聲、聲音的停止、及發 度當中至少有關其中一種之聲音狀態。 (請先閲讀背面之注意事項存填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）