JPH0266597A - 楽音合成装置及び楽音合成方法 - 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、複数の楽音成分より１つの楽音を合成する楽
音合成方式に関する。

［発明の概要］ 本発明は、１つの楽音のうち、その周波数が音高に応じ
た周波数に比例する楽音と必すしも比例しない楽音とに
分けて合成することにより、より本物の楽音に近い楽音
を生成できるようにした。

［従来技術］ 従来の電子楽器では、より本物の音に近い楽音を実現す
るため、外部音を録音しておき、この外部音を音源とし
て演奏する電子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データの形で記録しておき、
これを読出再生する方式をとっていた。そして、演奏に
あたっては、録音した外部音の周波数を指定された音高
に応じて変化させ、低い音から高い音まで実現できるよ
うにしている。また、外部音の録音を特定の音域ごと、
例えば１オクターブごとにサンプリングし、この１オク
ターブの範囲で措定された音高に応じて、録音した外部
音の周波数を変化させていくものもある。

：発明が解決しようとする課題］ ところが、外部音として録音する音、例えば本物のピア
ノの音を外部音として録音し音源として使用する場合を
考えると、ピアノの音には、押鍵によって振動する弦か
ら発生され響板から放音される弦振動自体の音と、この
弦の音を強める響板が打鍵の際ハンマーによって加えら
れるｆｆｉ撃によって発生される響板自体の音（打撃音
又はノイズ音）とがある、この場合、弦の音は、音高に
比例して周波数が高くなっていくが、響板自体の音のは
必ずしも音高に比例して周波数が高くならず、それほど
変化しないものである。これは、バイオリン等の他の弦
楽器でも同じである。

第２図は、ピアノの響板自体の音の周波数スペクトルを
示すちので、ピアノの連盟のいちばん低音の第１鍵を叩
いた時の響板の音の周波数スペクトルと高音の第７３鍵
を叩いた時の響板の音の周波数スペクトルは、低域の周
波数部分では音圧レベルか少しずれてくるが、中域と高
域の周波数部分では、音圧レベルは、それほど大差がな
いし、スペクトル成分のフォルマント形状もほぼ同じで
ある。

従って、このような周波数成分が音高にほとんど左右さ
れないあるいは音高周波数に比例しない響板自体の音を
含むピアノ音をＰＣＭ録音して指定された音高に応じて
周波数を変化させると、実際のピアノ音とはちがった音
か生成放音されてしまうことになる。

第１図（１）は、１オクターブごとに、ピアノ音をＰＣ
Ｍ録音し、指定された音高に応じて録音したピアノ音の
周波数を変化させたものの例を示し、弦の音はもともと
音高に比例して周波数か大きくなるので、連続した周波
数の変化を得ることができる。しかし、響板自体の音は
もともと音高いかんにかかわらず周波数はほぼ一定であ
るので、この音まで音高に応じて周波数を変化させると
、各オクターブの境界で周波数が急に下がって音高に応
じた音の変化が連続しなくなってしまうことになる。む
ろん、１オクターブごとではなく、各鍵ごとにピアノ音
を録音していけばよいが、そうすると楽音波形のメモリ
容量がたいへん大きいものになってしまうという問題が
生じる。このようなことは、外部音を録音せず、各種の
波形を合成して外部音と同じような楽音を合成する場合
でも同じであった。

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、少ないメモリ容量で各音高に応じた楽音が本物
の楽音に極めて近い楽音を生成できる楽音合成方式を提
供することを目的としている。

３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、第一の発
生手段は、１つの楽音のうち、その周波数が必ずしも音
高に比例しない楽音成分を発生し、第二の発生手段は、
上記１つの楽音のうち、その周波数が音高にほぼ比例す
る楽音成分を発生する。

そして音高制御手段は、上記第二の発生手段に対し、そ
の発生楽音成分を指定された音高に応じた周波数のもの
に制御し、合成手段は、上記第一の発生手段からの楽音
成分と第二の発生手段からの楽音成分を合成する構成と
した。

［作用コ 上記構成において、ピアノの響板自体の音のように、そ
の周波数が音高に比例しないものは、第一の発生手段で
楽音成分を生成し、ピアノの弦の音のように、その周波
数が音高に比例するものは、第二の発生手段で楽音成分
を生成し、これらを合成すれば、各音高に応じた楽音が
本物の楽音に極めて近いものとなる。なお、周波数が音
高に比例しない楽音成分は、第１図（２）に示すように
、その周波数が音高にかかわらず一定であったり（Ａ）
、階段状に変化したり（Ｂ）、音高に応じてわずかずつ
増えたり（Ｃ）、エクスポーネンシャルに増えたり（Ｄ
）、一部全くない状態であったり（Ｅ）してもよい。

：実施例］ 第３図は、本発明の楽音合成方式による電子楽器の全体
回路図を示すもので、本実施例では、ピアノの音を合成
出力てきるようにし、１つのピアノ楽音を第５図に示す
ような次の４つの楽音成分により構成されるようにして
いる。

（１）ピアノの弦を強打及び弱打した場合、共通して発
生する楽音成分中、エンベローブ波形の立上り（アタッ
ク）部分に主に発生する楽音成分（アタック成分）。

この成分は、強打者と弱打音との各周波数スペクトル成
分のうち、アタック部分において、共通するスペクトル
成分によって形成される楽音波形をらつ。

（２）ピアノの弦を強打及び弱打した場合、共通して発
生する楽音成分中、エンベロー１波形の減衰（デイケイ
、リリース）部分に主に発生する楽音成分（減衰成分）
。

この成分は、強打者と弱打音との各周波数スペクトル成
分のうち、減衰部分において、共通するスペクトル成分
によって形成される楽音波形をもつ。

（３）ピアノの弦を強打した場合にのみ発生する楽音成
分く強打成分）。

この成分は、強打者と弱打音との各周波数スペクトル成
分を比較して、強打者にのみあられれるスペクトル成分
によって形成される楽音波形をもつ、この波形は強打者
にあられれる特徴部分たけについてのものであるため、
例えば第５図（３）の周波数スペクトル成分図に示すよ
うに、基本波成分のないものである。

（４）ピアノの響板を叩いた場合に発生する打撃音の楽
音成分（ノイズ成分）。

この成分は、第２図に示す饗仮のフォルマン！・の各ピ
ーク点における周波数値に応じた周波数のサイン波であ
って、このピーク点における音圧レベル（ゲイン）に応
じた振幅をもつサイン波を複数合成したものである。

上記（１）〜（３）は周波数が音高に比例していくか、
（４）は周波数か音高に比例せず、はぼ一定のものであ
る。（１）〜（４）はコンピュータを使用しサイン合成
によって得られた例であるが、（１）〜（３）を弦の振
動をピックアップ等により集音し、（４）はマイクによ
り集音してもよい。

第３図において、キーボードの各キーに設けられたキー
スイッチ１からの操作鍵に応じキーコード及び押鍵に応
じたキーオン信号並びにキーオフ信号は、ＣＰＵ２に与
えられるとともに、このキーオン信号及びキーオフ信号
の時間差に基づいて押鍵遠度を示すタッチデータがタッ
チセンサ３で生成され、ＣＰＵ２に与えられる。このタ
ッチセンサ３は、圧力センサによる押鍵圧力を検出する
ものとしてらよい。ＣＰｔＪ２は、与えられるキーコー
ドに応じた周波数ナンバーを周波数ナンバーテーブル４
より読み出して、上記タッチデータ等とともに各楽音信
号生成部５．６に与える。

周波数ナンバーテーブル４には、第１図（２）に示すよ
うなデータが記憶されており、与えられるキーコード（
音高）に対応する周波数を実現する周波数ナンバーが読
み出される。上述した（１）〜（３）のピアノの弦のア
タック成分、減衰成分、強打成分については、キーコー
ドに比例する周波数ナンバーが読み出されるが、（４）
のピアノの響板のノイズ成分については、第１図（２）
のＡ、Ｂ、に、Ｄいずれかの変換テーブルが選択されて
、キーコードに比例しない周波数ナンバーが読み出され
る。なお音高Ａ３以下については、響板のノイズｒｆｉ
、分の楽音成分は生成放音されないようにしているが、
これに限られるものではなく、全音域で発生させてもよ
い。しかしなから、音高が低い場合には、響板自体の音
の周波数と弦の音の周波数が近くなって、響板の音か弦
の音にマスクされ、聰怒上響板の音が合成出力されなく
とも問題かなく省略してもよい。

楽音信号生成部５．６は時分割処理により、３２チャン
ネル分の楽音生成系か構成されており、上述のアタック
成分と減衰成分の楽音成分については、楽音信号生成部
５の方で処理され、強打成分とノイズ成分の楽音成分に
ついては、楽音信号生成部６の方で処理される。この場
合、各成分の処理で２チャンネル分使用するため、楽音
信号生成部５．６では、最高１６音の楽音を同時放音で
きる１６音ポリフオニンクの楽音生成能力をもつ。

各楽音信号生成部５．６でき成された楽音成分信号は、
加算器７で最終的に一つの楽音信号に合成され、４つの
楽音成分が一つに合成される。この合成された楽音信号
は、Ｄ−Ａ変換器８でアナログ信号に変換され、アンプ
９を介しサウンドシステム１０より放音される。

第４図は、楽音信号生成部５．６の具体的な回路構成を
示すもので、波形メモリ１１には、第５図（１）（２＞
のアタック成分又は減衰成分の楽音成分波形又は第５図
（３）（４）の強打成分又はノイズ成分の楽音成分波形
が半波長弁ずつ記憶されている。エンベロープ波形デー
タメモリ１２には、第５図（１）（２）のアタック成分
又は減衰成分の楽音成分のエンベロープ又は第５図（３
）（４）の強打成分又はノイズ成分の楽音成分のエンベ
ロープを形成するためのデータが記憶されている。この
エンベロープ波形データの記憶形式は、アタック部分の
時間とレベル、デイケイ部分、リリース部分の時間を制
御する係数を記憶している。

この波形メモリ１１、エンベロープ波形データメモリ１
２に記憶されている各２つの波形及びデータは、波形上
位アドレスレジスタ１３、楽音成分選択レジスタ１４に
されるデータによりいずれかが選択され、波形上位アド
レスレジスタ１３には、波形メモリ１１のいずれかの波
形の上位アドレスのデータかセットされ、楽音成分選択
レジスタ１４には、エンベロー１波形データメモリ１２
のいずれかの波形データについての記・億エリアの指定
データがセットされ、これら両データは波形上位アドレ
スレジスタ１３、楽音成分選択レジスタ１４の同一チャ
ンネルにセットされ、チャンネル同期がとられる。

上記ＣＰＵ２からの周波数ナンバーは、周波数ナンバー
レジスタ１５にセットされアダー１６で、アドレスレジ
スタ１７からのタイミングが１つ前の周波数ナンバー累
Ｘ値に加算され、これがアドレスレジスタ１７にセット
されてモードセレクタ１８を介し１記波形メモリ１１に
読出アドレスデータとして与えられる。アドレスレジス
タ１７からの累算値のうち上位の整数部分のみが読出ア
ドレスデータとして波形メモリ１１に与えられ、整数部
分及び小数部分全体がアダー１６へ送られて、周波数ナ
ンバー分のステップでインクリメントされていく、従っ
て、周波数ナンバーレジスタ１５にセットされる周波数
ナンバーが大きいほど、アドレスレジスタ１７の累算値
の整数部分である波形メモリ１１の読出アドレスデータ
が速くインクリメントされ、周波数の高い波形データが
波形メモリ１１より出力されることになる。この波形メ
モリ１１より読み出された波形データは、乗算器１９で
エンベロー１と乗算され、累算器２０で累算合成されて
出力されていく。

モードセレクタ１８は、排他的オアゲート群よりなり、
アドレスレジスタ１７からの累算値の整数部分の各ビＺ
トデー夕か各ゲートに入力されるとともに、この整数部
分の最上位ビットデータか全ゲートに入力される。従っ
て、波形メモリ１１の波形データの最終ステップの読み
出しが終了すると上記最上位ビットが「０」から「１」
になるので、累算値は反転され、波形データの先頭から
ではなく末尾より逆にデータ続出が行われ、結果として
１波長分の波形データが出力されることになる。この場
合、後半の半波長弁のデータは、上記最上位ビットに基
づいてグラスマイナス反転された値として出力される。

また、上記ＣＰＵ２からのりｙチデータは、タッチデー
タ変換図１７８２１に与えられ、第６図に示すようなカ
ーブに応じてタッチレスポンスの強弱を変えられるよう
に、タッチデータが変換され、エンベロープジェネレー
タ２２に与えられる。このタッチレスポンス特性の強い
（Ａ）、弱い（Ｃ）普通（Ｂ）、強備強調（Ｄ）の特性
は各楽音成分ごとに対応し設定される。即ち、ＣＰＵ２
は手えられるタッチデータを、例えばアタック成分につ
いては第６図Ｂの特性で変換し、減衰成分については同
図Ｃの特性で変換し、強打成分については同図Ａの特性
で変換し、ノイズ成分については同）λＤの特性で変換
し、各々対応するタッチデータ変換回路２１に格納する
。エンベロープジェネレータ２２では、エンベロープ波
形データメモリ１２からのデータに基−）いてエンベロ
ー１波形が生成され、これか上述の変換タッチデータに
応じた波形レベルとされ、上記乗算器１つに送られて、
波形データに乗算される。

Ｆ記波形上位アドレスレジスタ１３、楽音成分選択レジ
スタ１４、周波数ナンバーレジスタ１５、アドレスレジ
スタ１７、タッチデータ変換回路２１、エンベロー１ジ
エネレータ２２内のメモリ等は３２段のレジスタより構
成されて、３２チャンネル分の楽音生成系が形成され、
奇数チャンネルにはアタック成分、（楽音信号生成部６
では強打成分）、偶数チャンネルには減衰成分（楽音信
号生成部６ではノイズ成分）が割り当てられ、累算器２
０でこの２つの楽音成分か合成されるととらに１６音分
の楽音信号が合成される。なお、某音信号生成部５．６
は夫々１チツプＬＳＩで′Ｗ４成されている。

つぎに上記構成の電子機器についての動作及び効果につ
いて述べる。

まず、楽音を生成放音するには、所定のスイ・ノチ操作
により、第１図（２）に示す周波数ナンバーテーブル４
の響板のノイズ成分の変化特性Ａ、Ｂ−Ｃ，Ｄのいずれ
かを選択して、キーボードを操作すればよい。ここで、
Ｃの変化特性を選択し、任意の鍵例えばＡ　　、　Ａ　
　、　Ａｓ・・・の音高の鍵を操作していくと、ＣＰＩ
Ｊ２は、音高に比例した周波数をもつアタｌり成分、減
衰成分、強打成分については、Ａ３のときは２２０ヘル
ツ、Ａ４のときは４４０ヘルツ、Ａ５のときは８８０ヘ
ルツの音となる周波数ナンバーを周波数ナンバーテーブ
ル４より読出して各周波数ナンバーレジスタ１５にセッ
トする。しかし、音高に比例しない周波数をもつノイズ
成分については、Ａ３のときは２２０ヘルツよりずっと
小さい音となる周波数ナンバーを周波数ナンバーテーブ
ル４より読み出して周波数ナンバーレジスタ１５にセッ
トし、Ａ４、Ａ５のときはＡ３のときの周波数ナンバー
より順次やや大きい周波数ナンバーを周波数ナンバーテ
ーブル４よつ読み出して周波数ナンバーレジスタ１５に
セットする。

これにより、弦のアタック成分、減衰成分、強打成分に
ついては音高に比例した周波数とし、響板のノイズ成分
については音高に比例しないほぼ一定した周波数とする
ことかでき、本物のピアノの音に極めて近い楽音を生成
放音することができる。この場合、波形メモリ１１に記
憶されるノイズ成分波形はキーボードの全鍵について共
通する一つの波形であり、被成分音は音域ごと程度でよ
いから、記憶する波形数か少なく、それだけメモリ使用
量も少なくて済む。

本実施例では、人間の聴感上、響板自体の音が弦の音に
マスクされる音高Ａ３以下の音については、響板のノイ
ズ成分を出力しないようにしているので、それだけ周波
数ナンバーテーブル４の記憶容量が少なくて済み、デー
タ処理も容易となる。

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１例えば、周波数が音
高に比例しない楽音成分は管自体の音、周波数か音高に
比例する楽音成分は、管内の気柱の振動音として、管楽
器にも適用したり、打楽器等にも適用可能であり、各楽
音成分は第５図に示す以外の成分や波形であってもよい
。また打撃音（ノイズ成５＋）の波形を第２図に示すフ
ォルマントの変化に従い、音域によって変１ヒさせるこ
とにより、さらに真のピアノ音に近い音を実現できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、実際の楽音と同じ
ように、１つの楽音のうち、その周波数か音高に応じた
周波数に比例する楽音成分と必ずしも比例しない楽音成
分とに分けて合成することにより、より本物の楽音に近
い楽音を生成できるできる。また、従来のもののように
全楽音成分を音高に比例した周波数のものとしてしまう
ことがないため、実際の楽音に近づけるため、周波数か
音高に比例する成分と比例しない成分とのずれ状態を実
際の楽音と同じようにすべく、各音高ことに楽音波形を
記憶する必要がなく、それだけ波形を記憶するためのメ
モリ使用量も少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は周波数が音高に比例する楽音成分（弦の音）と比例
しない楽音成分く響板自体の音）との音高に対する周波
数の変化特性の従来例と本発明との内容を示す図であり
、第１図（２）の内容は周波数ナンバーテーブル４の記
憶内容ともなっており、第２図はピアノの響板自体の各
位置の音の周波数スペクトルを示す図であり、第３図は
電子楽器の全体回路図であり、第４図は楽音信号生成部
の回路図であり、第５図はピアノの音の各楽音成分の内
容を示す図であり、第６図はタッチデータ変換回路２１
におけるタッチデータの変換特性を示す図である。 ２・・・ＣＰＵ、４・・・周波数ナンバーテーブル、５
．６．２３．２４．２５．２６・・・楽音信号生成部、
７・・・加算器、１１・・・波形メモリ、１２・・・エ
ンベロー１波形データメモリ、１５・・・周波数ナンバ
ーレジスタ２０・・・累Ｘ器、２７・・・ミキサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１つの楽音のうち、その周波数が必らずしも音高に
   比例しない楽音成分を発生する第一の発生手段と、 上記１つの楽音のうち、その周波数が音高にほぼ比例す
   る楽音成分を発生する第二の発生手段と、この第二の発
   生手段に対し、その発生楽音成分を指定された音高に応
   じた周波数のものに制御する音高制御手段と、 上記第一の発生手段からの楽音成分と第二の発生手段か
   らの楽音成分とを合成する合成手段とを備えたことを特
   徴とする楽音合成方式。 ２、上記請求項１に加え、上記第一の発生手段に対し、
   その発生楽音成分の周波数を指定された音高に比例しな
   いものに変化させる変化制御手段を備えたことを特徴と
   する楽音合成方式。 ３、上記周波数が必ずしも音高に比例しない楽音成分は
   響板自体の音であり、上記周波数が音高にほぼ比例する
   楽音成分は弦自体の音であることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の楽音合成方式。