JPH0239197A - 高調波係数音源方式 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、高調波係数を抽出合成する音源方式［発明の
概要コ 本発明は、サウンド信号のフォルマントの高か１波係数
だけに基づいて、このサウンド信号の分析合成を行うこ
とにより、処理データ量を少なくし、合成波形の各部の
波形を補間することにより、なめらかなサウンド変化を
実現したものである。

［従来技術］ 従来、電子楽器では、外部音を録音しておき、この外部
音を音源として演奏するサンプリング楽器が実現されて
いるが、外部音を録音するには楽音波形をＰＣＭデータ
の形で記憶しておき、これを読出再生する方式をとって
いた。このＰ　ＣＭ音源方式は、サンプリング楽器以外
の楽器でも広く用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ＰＣＭデータの形で波形を記憶すると、
原音に非常に近い音を得ることができるが、１つの波形
を記憶するためには、その波形の各ステップのレベルデ
ータを全て記憶しなくてはならないため、データ容量が
非常に大きくなり、録音再生などの処理時間も長くなる
ほか、データ容量が大きいため音の加工がしにくくなる
という問題点があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもの
であり、サウンド波形を記憶再生するにあたって、デー
タ容量が少なくデータ処理時間ら短くて済み、従って音
の加工等の制御がし易い音源方式を提供することにある
。

９課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明においては、高調波係
数合成手段は、手えられる高調波係数に基づいて、サウ
ンド信号の各部の波形を再合成する。補間手段は、この
高調波係数合成手段で合成された各部の波形を出力する
とともに、各部の波形を補間したものを出力する。また
、これに加え、高調波係数抽出手段は、入力されるサウ
ンド信号の高調波係数を抽出し、この抽出した高調波係
数を上記合成手段に与える構成とした。

「作用］ 上記構成において、サウンド波形の記憶再生にあたって
は、サウンドＩＳ号の高調波係数だけで、これを行うよ
うにしているため、処理データ容量が非常に少なくて済
み、高調波係数抽出合成により原音の特徴を失わないで
済む、またサウンド信号の各部の波形を補間していくの
で、なめらかなサウンド変化を実現できる。

［実施例コ 以下、本発明を具体化しな一実施例を図面を参照して説
明する。

第２図は、本発明の実施例の概略ブロヴク回路を示すも
ので、この具体的な回路は第１図に示すようになってい
る。高調波係数抽出部１は５人力されるサウンド信号の
エンベロープの各部においてフォルマントの高調波係数
データを抽出し、高調波係数合成部２は、この抽出され
た高調波係数データに基づいて元のサウンド信号をエン
ベロープの各部において合成し、波形補間部３は、この
合成された各部の波形をエンベロープの変化に従って出
力するとともに、各波形を補間した中間波形をも出力す
る。エンベロープ抽出部４は、入力されるサウンド信号
よりエンベロープを抽出し、波形補間部３からの波形デ
ータの出力と並行して抽出しなエンベロープを出力し、
乗算器５で乗算させて楽音信号として出力させていく。

上記構成の各部を第１図に基づいて説明する。

入力されたサウンド信号は、ローパスフィルタ１１で不
要な高域周波数、例えば３．４ｋＨｚ以上か除去された
後、Ａ／Ｄ変換器１２に入力される。

Ａ／Ｄ変換器１２は、入力サウンド信号を所定の標本化
周波数、例えば８ｋＨｚでサンプリングした後、所定の
ビット数で量子化し、これを原波形メモリ１３に一定時
間長分、例えば３２ミリ秒分すなわち２５６サンプル分
ずつ格納する。このサンプリング処理は、所定タイミン
グＴごと、例えば０．２秒おきに行われて、入力サウン
ド信号のエンベロープの各部の波形についてサンプリン
グがなされる。

フーリエ変換器１４は、原波形メモリ１３の電子化サウ
ンド１λ号について、飛散型フーリエ変換を実施して、
周波数領域の値に変換し、これをパワースペクトル算出
器１６に与える。パワースペクトル算出器１６は、与え
られる各周波数スペクトル成分の実数部及び虚数部の自
乗加算等の演算を行い、第５図（１）に示すようなパワ
ースペクトルを算出し、スペクトルメモリ１７に格納す
る。

制御部１５は、このスペクトルメモリ１７の各スペクト
ルデータに対し、後述する第４図の高調波係数抽出処理
を実行して、第５図に示すパワースペクトル特性図のフ
ォルマントの高調波係数すなわち各ピーク点における波
長データλ１　（Ｉ−１，２，３・・・）とレベルデー
タＰｉ（ｉ＝１．２．３・・弓とを抽出して高調波係数
メモリ１８に記憶する。この抽出処理は、入力サウンド
信号のエンベロープの各部の波形について夫々実行され
る。

高調波係数合成にあたって、制御部１５により、高調波
係数メモリ１８より各高調波係数のピーク点の波長デー
タ＾１とレベルデータＰｉとが順次続出され、各波長デ
ータλ１は夫々プログラマブルタイマ１９・・・にセッ
トされ、各レベルデータＰはレベルメモリ２０にセット
される。プログラマブルタイマ１９・・・はセットされ
る波長データλに応じた周期でインクリメント信号をア
ドレスカウンタ２１・・・に与え、これによりマルチプ
レクサ２２を通じ正弦波メモリ２３より波長データλに
応じた周波数の正弦波信号が読出され、乗算器２４で上
述の対応するレベルデータＰｉが乗算されて累算器２５
に累算される。プログラマブルタイマ１つ、アドレスカ
ウンタ２１は８個設けられ、レベルメモリ２０は８段の
レジスタよりなり、時分割処理により、最高８個の高調
波係数データにつき累算合成が行われ、１つの波形が高
調波係数合成され合成波形メモリ２６に記憶される。こ
のような高調波係数合成波形データの合成波形メモリ２
６への書込は、入力サウンド信号のエンベロープの各部
の波形について夫々実行される。

この場合、一般に第３図に示すように、エンベロープの
アタックからリリースへと向がって高調波成分が少なく
なるので、入力サウンド信号のエンベロープの代表的な
波形部分１一つについてのみ高調波係数抽出合成を行い
、池の波形部分については、適当な高調波周波数につい
ての波長データλ１とレベルデータＰ１とを順次付加し
たり逆に削除したりして、高調波係数合成を行っても良
い。

また、このようにして書込まれた入力サウンド信号のエ
ンベロープの各部の波形につき、音の強さの違うｆｆ（
フォルテッシモ）、ｍｆ（メゾフォルテｉｍｐ（メゾピ
アノ）、ｐｐ（ピアニツシモ）の各レベルの波形の高調
波係数合成も行われる。一般に第３図に示すように、ｐ
ｐからｆｆへと音の強さが大きくなるにつれて高調波成
分が多くなるので、これにあわせて適当な高調波周波数
についての波長データλｉとレベルデータＰ１とを順次
付加したり逆に削除したりして、高調波係数合成を行え
ばよいことになる。

合成波形メモリ２６に書込まれた各高調波係数合成波形
は、楽音放音時に制御部１５の制御下において補間制御
部２７によって順次読出され出力されるとともに、後述
する第６図に示す波形補間処理により、各部の波形を補
間したものも出力される。この場合、各波形は上述した
入力サウンド信号のエンベロープの各部の波形の高調波
係数抽出時における抽出タイミングＴおきに順次読出さ
れていく。この合成波形メモリ２６からの高調波係数合
成波形データ書込読出にあたっては、アドレスコントロ
ーラ２８によってアクセスアドレスデータか与えられ、
このアドレスコントローラ２８は書込時は制御部１５、
続出時は補間制御部２７によって制御される。このよう
にして、読出補間された高調波係数合成波形データは乗
算器２９でエンベロープデータと乗算され、Ｄ／Ａ変換
器３０を介してサウンドシステム３１に送られ楽音とし
て放音される。

一方、上記入力されたサウンド信号は、エンベロープ抽
出回路３２でエンベロープ波形が抽出され、Ａ　／　Ｄ
変換器３３を介し、制御部１５によりエンベロープメモ
リ３．４にデジタルデータの形で記憶される。このエン
ベロープメモリ３４のエンベロープデータは、楽音放音
時に制御部１５によって読出され、乗算器３５で後述す
るタッチデータが乗算されて、音の強さに応じたエンベ
ロー１が作成され、上記乗算器２９に送られて高調波係
数合成波形データと乗算される。

なお、キーボード３６より与えられるノートデータ及び
タッチデータのうち、タッチデータは上記乗算器３５に
与えられるとともに補間制御部２７にも与えられて、合
成波形メモリ２６の各記憶波形のうち対応する音の強さ
に応じた波形データかＩｉｉ次続出される。またキーボ
ード３６がらのノートデータに応じて、補間制御部２７
によって合成波形メモリ２６より波形データを読出す速
度が制御され、ノートデータに応じた音高の楽音が生成
される。

次に、本実施例の動作について述べる。

第４図は、高調波係数抽出合成処理のフローチャートを
示すもので、スペクトルメモリ１７にスペクトルデータ
がセットされると、制御部１５は、この各周波数ごとの
パワースペクトルのうち、連続する３つのパワースペク
トルのレベルデータＰａ　、Ｐｂ　、Ｐｃを順次読出し
くステップＳｉ以下のステップＳ１は単にＳｌと表わし
、他のステップも同様とする。）、真ん中のレベルデー
タＰｂが両側のレベルデータＰａ　、Ｐｃより大きいか
否かを判別する（３２）、これは第５図（２）に示すよ
うに、パワースペクトルのピーク点のある所をサーチす
るためである。

ピーク点のある所が判明すれば、この付近を２次式で近
似し、正確なピーク点の波長データλとレベルデータＰ
ｉを求めることになる（３３〜３５）。これは正確なピ
ーク点は、必ずしもレベルデータｐｂの位置に一致する
とは限られないからである。具体的には上記近似２次式
の係数Ａ（Ｐ　Ｃ＋Ｐａ　）／２−Ｐｂ、Ｂ＝　（ＰＣ
−Ｐａ　）／２を求め（３３）、これに基づき波長デー
タλ−−Ｂ／２Ａ及びレベルデータＰｉ＝−Ｂ２／４Ａ
＋Ｐｂを求め（Ｓ４、Ｓ５）、高調波係数メモリ１８に
書込む（Ｓ６）、そしてこの高調波係数抽出処理をパワ
ースペクトルの全データについて行い（Ｓ７）、複数の
高調波係数を抽出したら、今度は高調波係数メモリ１８
より各波長データλ及びレベルデータＰ１を読出して（
Ｓ８）、プログラマブルタイマ１９・・・、レベルメモ
リ２０にセットしていき（Ｓ９）、これを全ての波長デ
ータλＩ及びレベルデータＰｉについて行う（３１０）
、この場合、音の強さの違うものの波形データについて
は、上述したように適当な高調波周波数についての波長
データλｉとレベルデータＰとを順次付加したり逆に削
除したりして高調波係数合成か行われる。

こうして、簡単に高調波係数抽出合成を行うことができ
、入力サウンド信号の特徴を高調波係数の波長データλ
ｉ、レベルデータＰｉだけでつかんで記憶しておくこと
ができ、データ量を少なくし、データ処理を簡単なもの
とすることができる。

第６図は波形補間処理のフローチャートを示すものであ
る。この補間は、第７図に示すように、合成波形メモリ
２６の波形データは、高調波係数抽出にあたってはタイ
ミングＴごとに行われたものなので、この時間Ｔの間で
何ステップかに分けて行われ、本実施例では時間Ｔを４
等分した時間しごとに、３ステツプ（このステップ値を
ｎとする）に分けて補間が行われ、１つの波形から次の
波形まで徐々になめらかに変化していくようになる。

まず、楽音放音開始時に、補間制御部２７は、合成波形
メモリ２６よりタンチデータに応じた波形データ群の中
の先頭の合成波形データを読出しくＲｌｍこれを時間ｔ
が経過するまで繰返し続け（Ｒ２）、時間ｔが経過すれ
は、現在続出中の波形が最後の波形でないことを確認の
上（Ｒ３）、今まで読出した波形のレベルデータＰ。と
次に読出す波形のレベルデータＰ１との中間レベルの補
間したものＰｏ＋　（Ｐｌ−ｐｏ）ｔ　ｎ／４を繰返し
出力してい＜（Ｒ４）、そして、時間ｔが経過するごと
に（Ｒ５）　、第７図に示すように補間ステップｎを１
つずつ進め（Ｒ６）、順次、次の波形に徐々に近付けて
いく、補間ステップｉｎかｒ　４　、になれば（Ｒ７）
、アドレスコントローラ２８を制御して（Ｒ８）、次の
波形を読出していき、上述した波形続出処理（ＲｌｍＲ
３）、補間処理（Ｒ４−Ｒ７）を実行していく９次いで
、最後の波形データの続出を開始したら（Ｒ３）、以後
この楽音放音が終了するまで、ｎ後の波形データの続出
出力を続ける。

こうして、合成波形メモリ２６より読出される各波形の
補間により、なめらかなサウンド変化を実現できるし、
この補間により、各波形の中間波形を合成波形メモリ２
６に記憶しなくとも済み、それたけデータ記憶量か少な
くて済む。

第８図は第二実施例であり、フォルマントメモリ４１を
複数設け、ここからのフォルマントデータ（フォルマン
トの形状を示すデータ）に基づき、高調波係数抽出部１
で抽出された高調波係数すなわち波長データλ１、レベ
ルデータＰｉをデータ修正部４０で、音域、強弱等の点
で修正し、修正後のデータλｉ　’　、Ｐｉ　′により
高調波係数合成部２で波形合成し、波形補間部３で補間
して出力するものである。この場合、フォルマントメモ
リ４１の記憶内容は１種類ではなく複数種類とし、また
この複数種類のフォルマントデータ間の補間を行ったデ
ータを利用して高調波係数の修正を行っても良い。

本発明は上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能である９例えば、高調波係数
の抽出合成は他の方法でも良く、波形補間のステップ値
等、補間の方法も他の方法でも良い。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、簡単に高調波係数
抽出合成を行うことができ、入力サウンド信号の特徴を
高調波係数データだけでつかんで記憶しておくことがで
き、データ量を少なくし、データ処理を簡単なものとす
ることができる。各高調波係数合成波形の補間により、
なめらかなサウンド変化を実現できるし、この補間によ
り、各波形の中間波形を記憶しなくとも済み、それだけ
データ記憶量が少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は高調波係数抽出合成並びに波形補間を行う回路図で
あり、第２図は第１図の概略回路図であり、第３図は合
成波形メモリ２６の記憶内容と波形補間の内容を示す図
であり、第４図は高調波係数抽出合成処理のフローチャ
ート図であり、第５図はスペクトルメモリ１７の入力サ
ウンド信号のパワースペクトル特性図であり、第６図は
波形補間処理のフローチャート図であり、第７図は１つ
の波形から次の波形に渡っての波形補間の内容を示す図
であり、第８図は他の実施例を示す図である。 １・・・高調波係数抽出部、２・・・高調波係数合成部
、３・・・波形補間部、１３・・・原波形メモリ、１４
・・・フーリエ変換器、１５・・・制御部、１６・・・
パワースペクトル算出器、１７・・・スペクトルメモリ
、１８・・・高調波係数メモリ、１つ・・・プログラマ
ブルタイマ、２６・・・合成波形メモリ、２７・・・補
間制御部。 サウンドイ８３ ８加び敗釉琵戴処還 ビーフ点、 −Ｌ−ｊ−」二 波形補闇処運 漬のさえ出ポＵ杉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、与えられる高調波係数に基づいて、サウンド信号の
   各部の波形を合成する高調波係数合成手段と、 この高調波係数合成手段で合成された各部の波形を出力
   するとともに、各部の波形を補間したものを出力する補
   間手段とを供えたことを特徴とする高調波係数音源方式
   。 ２、入力されるサウンド信号の高調波係数を抽出する高
   調波係数抽出手段と、 この高調波係数抽出手段で抽出された高調波係数に基づ
   いて、元のサウンド信号の各部の波形を再合成する高調
   波係数合成手段と、 この高調波係数合成手段で合成された各部の波形を出力
   するとともに、各部の波形を補間したものを出力する補
   間手段とを供えたことを特徴とする高調波係数音源方式
   。