JPH01209497A - 楽音発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は波形メモリ読出し方式を利用して固定フォルマ
ント特性を有する楽音（人間の声等も含む）を発生する
楽音発生装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の装置は、複数オクターブに渡る音域を複
数の音域グループに分割して各音域グループ毎に楽音波
形データを波形メモリに記憶しておき、楽音を発生する
際に、発生すべき楽音の周波数が属する音域グループの
楽音波形データを該周波数に対応したレートで読出すこ
とにより、音域が変化してもフォルマントが移動しない
ようにして、発生すべき楽音の周波数に対応しかつ複数
オクターブに渡る楽音周波数に対して固定フォルマント
特性の楽音を得るようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記従来の装置にあっては、各音域グループ
間における楽音の固定フォルマント特性は確保されるも
のの、各音域グループ内における楽音のフォルマントは
発生楽音の周波数に対応した読出しレートに応じて移動
する。これにより、分割音域を広く設定した場合には、
各音域グル−ブに属する最低周波数と最高周波数との間
には大きな差ができるので、前記音域グループ内におけ
るフォルマントの移動が固定フォルマントの実現に大き
な問題となる。一方、分割音域を狭く設定すれば、この
問題は解消されるが、かかる場合には、楽音波形データ
を記憶するのに必要な波形メモリの容量が大きくなると
いう問題がある。

本発明は上記問題を解消することを課題とするもので、
その目的は波形メモリの容量を節約しても良好な固定フ
ォルマント特性の楽音を得ることができる楽音発生装置
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するなめに、本発明は、発生すべき楽音
のフォルマント特性を滑らかにしたスペクトルエンベロ
ープを有する楽音波形データを記憶する波形メモリと、
波形メモリに記憶されている楽音波形データを発生すべ
き楽音の周波数に対応したレートで読出し出力する読出
し手段と、読出し手段から出力された楽音波形データを
入力して該楽音波形データに発生すべき楽音のフォルマ
ント特性に対応したスペクトルエンベロープと波形メモ
リに記憶されている楽音波形データのスペクトルエンベ
ロープとの差に対応した周波数特性を付与するフィルタ
手段とにより、楽音発生装置を構成したことを特徴とし
ている。

（発明の作用） 上記のように構成した本発明においては、波形メモリに
記憶されている楽音波形データは発生すべき楽音のフォ
ルマント特性を滑らかにしたスペクトルエンベロープを
有するものであって、フォルマント特性を除けば発生す
べき楽音の特色をよく表しており、この楽音波形データ
が読出し手段により発生すべき楽音の周波数に対応した
レートで読出し出力されるのて′、該読出し出力された
楽音波形データにより表された楽音は発生すべき楽音の
周波数に対応するとともに、該楽音の特色をよく表して
いる。そして、フィルタ手段が前記読出し出力された楽
音波形データに発生すべき楽音のフォルマント特性に対
応したスペクトルエンベロープと波形メモリに記憶され
ている楽音波形データのスペクトルエンベロープとの差
に対応した周波数特性を付与するので、該楽音波形デー
タには、前記読出しレートとは無関係に、発生すべき楽
音のフォルマント特性が固定的に付与される。

（発明の効果） 上記作用説明からも理解できる通り、本発明によれば、
発生すべき楽音のフォルマント特性を滑らかにしたスペ
クトルエンベロープを有する楽音波形データを波形メモ
リに記憶しておくことによってフォルマント特性を除き
発生すべき楽音の特色をよく表す楽音波形データを発生
させるとともに、フィルタ手段によって読出しレートと
は無関係に固定したフォルマントを前記楽音波形データ
に付与するようにしたので、波形メモリを利用した楽音
発生装置においても固定フォルマントのための音域分割
が不要となり、波形メモリ方式の長所を生かしつつ波形
メモリの容量を節約しても良好な固定フォルマント特性
の楽音を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例に係る楽音発生装置を電子楽器
に適用した具体的実施例について説明するが、その前に
該楽音発生装置の基本原理及び同装置にて利用される各
種データの作成方法について説明しておく。

′−ゝ 第３図は楽音発生装置の基本回路をブロック図により示
しており、該楽音発生装置は波形メモリ１１、フオルマ
ントフィルり１２及びフォルマントフィルタ係数メモリ
１３からなる。波形メモリ１１は原音（発生すべき楽音
）のフォルマント特性を滑らかにしたスペクトルエンベ
ロープを有する楽音波形データ、すなわち原音が第６図
の破線Ａのようなスペクトルエンベロープを有するとす
れば同エンベロープの山部の頂点（１，ｂ、ｃを結んだ
実線Ｂのようなスペクトルエンベロープを有する楽音波
形データを記憶している。）オルマントフィルタ１２は
フォルマントフィルタ係数メモリ１３から出力されるフ
ィルタ係数により制御されて、実線Ｂのようなスペクト
ルエンベロープを破線Ａのようなスペクトルエンベロー
プに変更するための周波数特性を波形メモリ１１から読
出し出力された楽音波形データに付与するもので、かか
る周波数特性は、第７図に示すように、原音のスペクト
ルエンベロープ（第６図の破線Ａ）から前記楽音波形デ
ータのスペクトルエンベロープく第６図の実線Ｂ）を減
算したものに対応している。

このようにすれば、フォルマント特性を除き原音の特色
を有する楽音波形データが波形メモリ１１から読出され
た後に、該読出された楽音波形データに前記読出しとは
独立して原音のフォルマント特性が付与されるので、読
出しレートが変化しＣもフォルマントが移動しなくなる
。その結果、原音の波形を忠実に再現する波形メモリ方
式による楽音合成の特徴を生かしつつ、良好な固定フォ
ルマント特性の楽音が得られる。

次に、波形メモリ１１に記憶される楽音波形データ及び
フォルマントフィルタ係数メモリ１３に記憶されるフィ
ルタ係数を作成する方法について説明する。第４図及び
第５図は前記楽音波形データ及びフィルタ係数を作成す
るための処理をブロック線図により示している。まず、
例えばトランペット、バイオリン等の楽器音又は人間の
声等を原音として入力しくブロック２１）、該原音に高
速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施して（ブロック２２
）、第６図の破線Ａのような原音のスペクトルエンベロ
ープを検出する（ブロック２３）。

次に、該スペクトルエンベロープの山部の頂点ａ。

ｂ、ｃを直線で結んだ第６図の実線Ｂのようなスペクト
ルエンベロープを導出するとともに、破線Ａのスペクト
ルエンベロープから実線Ｂのスペクトルエンベロープを
減算することにより第７図のような周波数特性を求め、
該周波数特性を得るためのフィルタ係数を算出する（ブ
ロック２４）。

そして、このフィルタ係数をフォルマントフィルタ係数
メモリ１３（第３図）に記憶する。

また、前記周波数特性の導出処理（ブロック２４）と併
行して又は該導出処理後、同処理とは逆に、実線Ｂのス
ペクトルエンベロープから破線Ａのスペクトルエンベロ
ープを減算した第８図のような周波数特性を求めるとと
もに、該周波数特性を得るための逆フイルタ係数を算出
する（ブロック２５）。この逆フイルタ係数の算出後、
同係数を第５図の逆フイルタ係数メモリ２８に記憶し、
ブリフィルタ２７による周波数特性を第８図のように設
定する。そして、再び原音を入力しくブロック２６）、
該原音をブリフィルタ２７を通過させることにより実線
Ｂ（第６図）のスペクトルエンベロープを有し複数のサ
ンプリングデータからなる楽音波形データを形成して波
形メモリ１１（第３図）に記憶する（ブロック２つ）。

なお、これらの処理は、専用のハード回路を用いてもよ
いが、コンピュータを利用するのが便利である。

ｌＫ江え１蝕 次に、上記のような楽音発生装置を電子楽器に適用した
本発明の具体的実施例を説明する。第１図は該電子楽器
の全体をブロック図により示しており、該電子楽器は上
述の場合と同種の波形メモリ３１−、フォルマントフィ
ルタ３２及びフォルマントフィルタ係数メモリ３３を有
する。

波形メモリ３１は、上述と同様、発生すべき楽音のフォ
ルマント特性を滑らかにしたスペクトルエンベロープを
有し複数のサンプリングデータからなる楽音波形データ
を記憶するものであるが、かかる場合には、トランペッ
ト、バイオリン等の楽器音又は人間の声等からなる音色
毎、及び音質向上のために鍵域毎例えば半オクターブ、
１オクターブ毎に複数組の楽音波形データを記憶してい
る。さらに、この音色毎及び鍵域毎の楽音波形データは
複数のフレーム毎、例えば第２図に示すように、楽音の
アタック部におけるサンプリングデータに対応した第１
フレームＦＲ，と同楽音のサスティン部及びデイケイ部
における所定長のサンプリングデータに対応した第２乃
至第ＮフレームＦＲ２〜ＦＲＮに分割されて記憶されて
いる。

フォルマントフィルタ３２は、上述の場合と同様、波形
メモリ３１からの楽音波形データにフォルマント周波数
特性を付与して出力するもので、該周波数特性はフォル
マントフィルタ係数メモリ３３からのフィルタ係数によ
って制御されるようになっている。フォルマントフィル
タ係数メモリ３３は前述の音色毎、鍵域毎及びフレーム
毎の楽音波形データに対応した複数組のフィルタ係数を
記憶している。

これらの波形メモリ３１及びフォルマントフィルタ係数
メモリ３３は鍵スィッチ回路３４、押鍵検出回路３５、
アドレス発生回路３６、音色選択スイッチ回路３７及び
選択音色検出回路３８により制御されて、両メモリ３１
．３３内の楽音波形データ及びフィルタ係数は鍵盤にお
ける押鍵及び音色選択操作子群における選択音色に応じ
て読出されるようになっている。

鍵スィッチ回路３４は鍵盤における複数の鍵にそれぞれ
対応した複数の鍵スィッチからなり、各鍵スィッチは鍵
盤における押Ｍｌに応じて開閉成する。押鍵検出回路３
５は鍵スィッチ回路３４に接続されて各鍵スィッチの開
閉成を検出することにより鍵盤における各偶の押離鍵を
検出するもので、各検出に応じて押鍵された鍵を表すキ
ーコードＫＣをアドレス発生回路３６に出力するととも
に、押鍵を表すキーオン信号ＫＯＮを出力する。

また、キーコードＫＣは波形メモリ３１及びフォルマン
トフィルタ係数メモリ３３にも供給されるようになって
おり、押鍵された鍵の属する音域を指定する。アドレス
発生回路３６は、前記供給キーコードＫＣに基づき、鍵
盤にて押鍵された鍵音高周波数に対応したレートで変化
するアドレス信号ＡＤＲを波形メモリ３１に出力して同
メモリ３１に記憶されている楽音波形データの読出しを
制御するとともに、楽音の各フレームＦＲ１〜ＦＲ９を
表すフレーム信号ＰＲをフォルマントフィルタ係数メモ
リ３３に出力して同メモリ３３に記憶されているフィル
タ係数の読出しを制御する。かかる場合、アドレス信号
ＡＤＨは音色及び鍵域毎に記憶されていて第１乃至第Ｎ
フレームＦＲ，〜ＦＲＮからなる楽音波形データの各サ
ンプリングデータの記憶アドレスを指定するものであり
、その上位ビットはフレームを表しかつその下位ビット
は各フレーム内のサンプリングデータの記憶アドレスを
表す。なお、このアドレス発生回路３６には、フレーム
信号ＦＲを選択音色に応じて切換えるために、後述する
選択音色信号ＴＣが選択音色検出回路３８から供給され
ている。

音色選択スイッチ回路３７は複数の音色選択操作子にそ
れぞれ対応した複数の音色選択スイッチからなり、各音
色選択スイッチは音色選択操作子の操作に応じて開閉成
する。選択音色検出回路３８は音色選択スイッチ回路３
７に接続されて各音色選択スイッチの開閉成を検出する
ことにより選択音色を検出するもので、該検出に応じて
選択音色を表す選択音色信号ＴＣを波形メモリ３１及び
フォルマントフィルタ係数メモリ３３に出力して、各メ
モリ３１．３３に対して選択音色を指示する。

フォルマントフィルタ３２の出力は乗算器４１の一方の
入力に接続されており、同乗算器４１の他方の入力には
エンベロープ信号発生回路４２が接続されている。エン
ベロープ信号発生回路４２は押鍵検出回路３５からのキ
ーオン信号ＫＯＮに応じて楽音の振幅エンベロープを制
御する振幅エンベロープ信号ＥＮＶを出力する。なお、
このエンベロープ信号発生回路４２には選択音色信号Ｔ
Ｃ及びキーコードＫＣも供給されており、前記振幅エン
ベロープ信号ＥＮＶによる振幅エンベロープ波形が選択
音色及び鍵域に応じて変更制御されるようになっている
。

乗算器４１の出力はＤ／Ａ変換器４３に接続されており
、同変換器４３は乗算器４１がらのディジタル信号をア
ナログ信号に変換してサウンドシステム４４に出力する
。サウンドシステム４４はアンプ、スピーカ等により構
成され、供給されたアナログ信号に対応した楽音を発音
する。

上記のように構成した電子楽器においては、鍵盤にてい
ずれかの鍵が押鍵されると、アドレス発生回路３６は、
鍵スィッチ回路３４と押鍵検出回路３５との協働により
、押鍵された鍵の音高周波数に対応したレートで変化す
るアドレス信号ＡＤＲを波形メモリ３１に供給し、第１
乃至第ＮフレームＰＲ１〜ＦＲＮを順次切換えながら各
フレーム毎の楽音波形データを構成するサンプリングデ
ータの順次読出しを制御する。なお、選択音色がバイオ
リン等の持続系のものであって前記押鍵が長く続く場合
には、第ＮフレームＦ　ＲＮの楽音波形データの読出し
後、第２乃至第ＮフレームＦＲ２〜ＦＲＮの楽音波形デ
ータの一つ若しくは複数の繰返し読出しを制御する。こ
れにより、波形メモリ３１は、選択音色検出回路３８か
らの選択音色信号ＴＣにより指定された１選択音色及び
押鍵検出回路３５からのキーコードＫＣにより指定され
た鍵域に関する第１乃至第ＮフレームＦＲ１〜ＦＲＮの
楽音波形データを押鍵された鍵の音高周波数に対応した
レートでフォルマントフィルタ３２に出力する。その結
果、フォルマントフィルタ３２に供給される楽音波形デ
ータは、フォルマント特性を除けば、音色、鍵域及び時
間経過に応じて変化する楽音の特色をよく表すものとな
る。

一方、フォルマントフィルタ係数メモリ３３は選択音色
検出回路３８からの選択音色信号ＴＣ１押鍵検出回路３
５からのキーコードＫＣ及びアドレス発生回路３６から
のフレーム信号ＦＲにより制御されていて、前述の楽音
波形データの読出しに連動して同データに対応したフィ
ルタ係数をフォルマントフィルタ３２に読出し出力する
ので、同フィルタ３２は供給された楽音波形データに対
応した周波数特性（発生すべき楽音のフォルマント特性
に対応したスペクトルエンベロープと波形メモリ３１か
ら読出された楽音波形データのスペクトルエンベロープ
との差に対応した周波数特性）を付与する。その結果、
フォルマントフィルタ３２から出力される楽音波形デー
タのスペクトルエンベロープはｇ！盤にて押鍵された鍵
の音高周波数とは無関係であって、発生すべき楽音のフ
ォルマントに対応するとともに固定したものとなる。

そして、このフォルマントフィルタ 力された楽音波形データは乗算器４１に供給され、同乗
算器４１が同データにエンベロープ信号発生回路４２と
の協働により選択音色及び鍵域に応じた振幅エンベロー
プを付与する。次に、このようにして振幅エンベロープ
の付与された楽音波形データはＤ／Ａ変換器４３にてア
ナログ信号に変換されてサウンドシステム４４に供給さ
れるので、同システム４４からは振幅エンベロープの付
与された楽音が発音される。さらに、鍵盤にて前記押鍵
中の鍵がＭ鍵されると、キーオン信号ＫＯＮの消滅に伴
って、エンベロープ信号発生回路４２は徐々に減衰する
振幅エンベロープ信号ＥＮＶを出力するので、前記発音
中の楽音は徐々に減衰してその発音を停止する。

上記説明からも理解できる通り、上記実施例によれば、
波形メモリ３１に発生すべき楽音例えばトランペット、
バイオリン等の自然楽器又は人間の声から採取した楽音
のフォルマントを滑らかにしたスペクトルエンベロープ
を有する楽音波形データを記憶させておくことによって
フォルマント特性を除く楽音の特色をよく表す楽音波形
データを発生させるとともに、フォルマントフィルタ３
２及びフォルマントフィルタ係数メモリ３３からなるフ
ィルタ手段によって音高周波数とは無関係に前記楽音に
個有のフォルマントを楽音波形データに付与するように
したので、波形メモリ方式の長所を生かしつつ波形メモ
リ３１の容量を節約しても良好な固定フォルマント特性
の楽音を発音できるようになる。

え４１ なお、上記実施例においては、波形メモリ３１及びフォ
ルマントフィルタ係数メモリ３３にはそれぞれ楽音波形
データ及びフィルタ係数を音色に対応して複数の鍵域毎
及びフレーム毎に記憶させるようにしたが、音質の若干
の低下を許容すれば、音色に対応して全鍵域に共通又は
単一のフレームに関する楽音波形データ及びフィルタ係
数を前記両メモリ３１．３３に記憶させておくようにし
てもよい。また、楽音波形データとしては複数波に関す
るものでなくても一波分の波形データを利用するように
してもよい。さらに、前記とは逆に、音質の向上の目的
で波形メモリ３１の容量の増大を許容するならば、楽音
の発生開始から終了までの連続した全楽音波形データを
波形メモリ３１に記憶させるようにしてもよい。

また、上記実施例においては、波形メモリ３１には楽音
波形データとして楽音波形のサンプリングデータをその
まま記憶するようにしたが、該サンプリングデータをデ
ータ圧縮した形で記憶しておくようにしてもよい。この
ようにすることにより、波形メモリ３１の容量を節約で
き、上述の変形例で述べた全楽音波形データを波形メモ
リ３１に記憶しておく場合には特に有効である。

さらに、上記実施例においては、フォルマントフィルタ
係数メモリ３３に記憶されているフィルタ係数の読出し
をアドレス発生回路３６からのフレーム信号により切換
えるようにしたが、押鍵からの時間経過を計測する手段
を設けて、該手段による時間経過に従って前記フィルタ
係数の切換えを制御するようにしてもよい。このように
することにより、前述のように波形メモリ３１に一波分
の楽音波形データ又は全楽音波形データを記憶させる場
合でも、容易に固定フォルマント特性を時間的に変化さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る楽音発生装置を適用し
た電子楽器の全体ブロック図、第２図は第１図の波形メ
モリに記憶される楽音波形データの一例を示す波形図、
第３図は本発明の基本原理を説明するためのブロック図
、第４図及び第５図は第１図及び第３図で利用するデー
タの形成方法を説明するためのブロック図、第６図は第
３図乃至第５図の動作を説明するためのスペクトルエン
ベロープ波形図、第７図及び第８図は第３図乃至第５図
の動作を説明するための周波数特性図である。 符号の説明 １１．３１・・・波形メモリ、１２．３２・・・フォル
マントフィルタ、１３．３３・・・フォルマントフィル
タ係数メモリ、３４・・・鍵スィッチ回路、３５・　・
押鍵検出回路、３６・・・アドレス発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　発生すべき楽音のフォルマント特性を滑らかにしたス
   ペクトルエンベロープを有する楽音波形データを記憶す
   る波形メモリと、 前記波形メモリに記憶されている楽音波形データを発生
   すべき楽音の周波数に対応したレートで読出し出力する
   読出し手段と、 前記読出し手段から出力された楽音波形データを入力し
   て該楽音波形データに発生すべき楽音のフォルマント特
   性に対応したスペクトルエンベロープと前記波形メモリ
   に記憶されている楽音波形データのスペクトルエンベロ
   ープとの差に対応した周波数特性を付与するフィルタ手
   段と を備えたことを特徴とする楽音発生装置。