JPH0285894A - 電子楽器の楽音波形合成装置 - 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］ この発明は電子楽器の楽ｒ千発生回路において楽音波形
を生成するための電子楽器の楽音波形合成装置に関する
。

［従来の技術と発明が解決すべき課題］従来の電子楽器
の楽音波形合成装置としては。

実際の楽音波形を所定時間サンプリングしたＰＣＭなど
のデジタル表現の波形を記憶手段から読出して楽音を波
形生成するＰＣＭ合成方式、楽音の基音をなす基本の波
形である正弦波波形に対して、）、’ｉ音の倍音（高調
波）をなす正弦波波形を任意の；１．１合で加えていく
ことにより楽音波形を生成する正弦波合成方式、あるい
は、予めメモリした正弦波波形を記憶手段から読出す際
の読出し位相角を歪ませることによって、つまり非線形
に読出すことによって高調波成分を有する信号波形を得
ることにより楽音波形の生成するＦＤ（フェイズデイス
ト−ジョン）方式のような非線形合成方式などが知られ
ている。

しかしながらＰＣＭ合成方式では、楽音波形の記録時間
が長く、かつ、サンプリング周波数も高くなければ高品
質の楽音波形を生成することが難かしく、高品質の楽音
波形を得るためにはいずれの場合も記憶手段の容量を大
きくする必要があり、コストが高くなるという問題が゛
ある。正弦波合成方式では、倍音加算方式であるため、
高次の倍音波形を加算処理するのに時間を要し、リアル
タイムの演算処理では７〜８次の倍音程度の波形の加算
処理しか不可部であり、複雑な波形を持つ楽音を１工現
することは難かしいという問題がある。また、非線形合
成方式では、時間の経過とともに高調波成分が変化する
ような楽音波形を生成することは難かしく、このような
楽ａを忠実に再現するには回路構成が大きく複雑化する
という問題点がある。

［発明の目的］ このような課題を解決するためにこの発明はなされたも
のであり、簡単な回路構成によって、自然楽器音に近い
リアルな楽音波形の生成が可能となる電子楽器の楽音波
形合成装置を得ることを目的とする。

［発１１１の要点］ この発明は、上記のようなｌ−１的を達成するために、
第１の記憶手段から第１のサンプリング周波数にて読出
した楽音波形データに基づいて第１の楽音波形を生成し
、第２の記憶手段から第１のサンプリング周波数より低
い周波数の第２のサンプリング周波数にて読出した楽音
波形データに基づいて第２の楽音波形を生成し、この第
２の楽音波形のサンプリング周波数をサンプリング周波
数変換手段にて第１のサンプリング周波数に変換し、結
合手段によって第１の楽音波形とサンプリング周波数変
換手段を経た第２の楽音波形とを結合することにより所
望の楽音波形を得るようにしたことを要点とする。

［実施例］ 以ド、図面を参照しながらこの発明の実施例について述
べる。

く構　成〉 第１図はこの発明の実施例に係る電子楽器の全体回路構
成図である。鍵盤ｌとスイッチ部２のオン・オフ状態は
、マイクロコンピュータの中央処理装置であるＣＰＵ３
によりモニターされ、キーオン／＋−オフ、音色選択な
どの状態が検出される。

ＣＰＵ３にはバスＢを介してＲＯＭ４、ＲＡＭ５が接続
されており、このＲＯＭ４には、ＣＰＵ３がこの電子楽
器の回路全体を制御するためのプログラムがメモリされ
ている他、この電子楽器が発汗する楽音の音色を規定す
る音色パラメータなどが予めメモリされている。また、
このＲＡＭ５は、ＣＰＵ３が上記制御を行う際に、演算
結果などを一時的にストアするために必要な各種レジス
タを含んでいる。

ＣＰＵ３はこのＲＯＭ４、ＲＡＭ５を用いて。

発音制御データ、音色制御データなどを生成して汗［Ｌ
ＳＩなどから成る楽ｔｆ発生回路６の楽音生成を制御す
る。生成された楽音信号はＤＡＣ（デジタルアナログコ
ンバータ）でアナログ信号に変換され、アンプ８で増幅
され、スピーカ９を経て楽音として放音される。

第２図は、第１図における楽′￥ｆ発生回路６の具体的
内容を示す回路４ａ戒図である。演算波形合成回路１０
は、前述した正弦波合成方式または非線形合成方式など
演算合成によって楽音生成を行うものであり、そのサン
プリング周波数を仮りに２　ｆｓ　−＝　２／Ｔ　（Ｔ
は周期）とすると、その出力データｆ　（ｔ）は ＠算波形合成回路１０が正弦波合成方式の場合は、内蔵
されたＲＯＭから基本となる波形としての正弦波波形の
データを読出すことによりｆ　（ｔ）　＝ΣＡｎｓｉｎ
ωｏ　ｔ　　　　　　　（１）なる式で表わされる（こ
こでｎは整数、ｔは時間、Ａは振幅を表わす）、また、
非線形合成方式の場合において 一般的な非線形合成方式では、出力データｆ（１）は ｔ　（ｔ）　＝Ｆ　（ＡｓＩｎ　ωｔ　）　　　　　　
　（２）ＦＭ変調方式では、出力データｆ　（ｔ）はｆ
　（ｔ　）　＝　Ａｏｓｉｎ　（ωｏｔ＋　Ａ１５ｉｎ
ωｓｔ）　　（３）その他の非線形合成方式では、出力
データｆ（１）は ｆ（ｔ）＝Ａｏｓｉｎ（Ａｌｓｉｎ　ω＋ｔ＋Ａ２５ｉ
ｎ　ω？ｔ）　　（４）となる、ここで非線形合成方式
の場合は１周知のように、高次倍音を含む出力を出すこ
とが比較的容易であるため、折り返し歪をノイズとして
耳に聞き取れない程度に押えるためには、サンプリング
周波数を充分高く設定して可聴周波数域に影響しないよ
うにする必要がある。そこで、いまサンプリング周波数
２ｆｓの両側波帯域の下限を４０ＫＨｚ−５０ＫＨｚ程
度と設定する。

ＰＣＭ波形合成回路１１は、ＣＰＵ３のバスＢからの制
御データに基づいて、ＰＣＭ波形メモリ１２にメモリさ
れたＰＣＭ波形データ（実際の楽器音などをＰＣＭ記録
したデジタル表現の波形データ）を、鍵盤ｌの操作によ
ってケえられる音高データに応じて読出すことにより、
その音高データに基づく周波ａ（ピッチ）の楽音波形ｇ
（１）を生成するものである。ここで、サンプリング周
波数は、前述した演算波形合成回路ｌＯにおけるサンプ
リング周波ａ　２　ｆ　ｓ　より低い周波数に設定され
るが、この実施例では筒中のため２ｆｓの１分の高５の
ｆｓ＝１／Ｔとする。つまり、ｆｓ（７）値は２０ＫＨ
ｚ　〜５０ＫＨｚ程度となる。したがってＰＣＭ波形メ
モリ１２に予め記録されておく　ＰＣＭ波形の帯域は２
０ＫＨｚの半分のｌ０Ｋ）Ｉｚ前後となるが、メモリと
しての記憶容量は、４０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚのサンプリ
ング周波数で記録した場合の半分で済む、しかしながら
、記録できるＰＣＭ波形の周波数帯域が不足することに
なる。そこで、ＰＣＭ波形合成回路１１よりの出力デー
タｇ　（ｔ）を、前述した演算波形合成回路ＩＯよりの
出力データｆ　（ｔ）と結合させることによって周波数
ｆｉＦ城の不足を補っている。

サンプリング周波数変換回路１３は、ＰＣＭ波形合成回
路１１においてサンプリングされた出力データｇ　（ｔ
）のサンプリング周波数をより高い周波数に変換する機
能（補間機能）を有するものであり、この実施例では、
サンプリング周波数ｆＳの周波数値を２ｆｓ、つまり演
算波形合成回路１０におけるサンプリング周波数に変換
する。

サンプリング周波数変換回路１３の出力データｇ’（ｔ
）は、演算回路１４にて前述した演算波形合成回路ｌＯ
の出力データｆ　（ｔ）と加算または乗算による結合が
なされる。この演算回路１４から得られる楽音信号波形
ｈ　（ｔ）は次の式％式％（５） ここで、（５）式はともに時間の関数であるｆ（１）と
ｇ’（ｔ）とが単純に加算されたものであるため、楽音
のアタック部分はＰＣＭ波形メモリ１２にメモリされた
ＰＣＭ波形を用いたＰＣＭ合成方式を用い、その後の定
常的な部分は演算合成方式によるというような区分けし
た用い方が可能である。

また（８）式の場合は、ＰＣＭ合成方式による楽音波形
の出力データｇ′　（Ｌ）と、その出力データｇ′　（
ｔ）と演算合成方式による楽音波形ｆ（１）との乗算、
つまり振幅変調により周波数を変更した楽音波形とを加
算した波形となっているため、周波数帯域幅の狭い、つ
まりサンプリング周波数が低いＰＣＭ波形を用いても、
高次高調波を多く含む複雑な楽ｒｔ波形ｈ　（Ｂが得ら
れることになる。

そして、演算回路１４より出力される楽音波形ｈ　（ｔ
）はＤＡＣ７に加えられてアナログ信号に変換されて楽
音となる。

く動　作〉 次に上記構成の実施例についてその動作を述べる。

また、第３図は楽ａ波形スペクトル図であり、第３図（
ａ）〜第３図（ｄ）のいずれにおいても、横軸は角周波
数、縦軸はレベルを表わす、第３図（ａ）はＰＣＭ波形
メモリ１２にメモリされた原）”を波形の原音スペクト
ルを示すものであり、サンプリング周波数がｆＳである
ため、折り返し歪が発生しないように帯域がｆｓ／２に
制限されている。

第３図（ｂ）はサンプリング周波数ｆＳ　でサンプリン
グされてＰＣＭ波形合成回路１１から出力される出力デ
ータｇ　（ｔ）のスペクトルを示すものである。

第３図（Ｃ）は前述した出力データｇ’（ｔ）のスペク
トルを示すものであり、この出力データｇ′　（ｔ）は
、サンプリング周波ａ　ｆ　ｓ　でサンプリングされた
出力データｇ　（ｔ）のサンプリング周波数ｆＳ　を、
理想的なフィルタであるサンプリング周波数変換回路１
３にて２倍の周波数のサンプリング周波ａ　２　ｆ　ｓ
　に変換して得たものである。ここでは、第３図（ｂ）
と比較すると解るよベクトルが完全に除去されている。

また、第３図（ｄ）は演算波形合成回路１０からの合成
された出力データｆ　（ｔ）のスペクトルを示すもので
あるが、サンプリング周波＊　２　ｆ　ｓ（＝　２／Ｔ
）によって演算されているため、スペクトルは、ＰＣＭ
波形合成回路１１からの出力データｇ　（ｔ）に比較し
て２倍の帯域幅を有している。

このように演算回路１４においては、第３図（Ｃ）に示
されるスペクトルを持つ出力データｇ′　（ｔ）と第３
図（ｄ）に示されるスペクトルを持つ演算波形合成回路
１０からの出力データｆ（１）とをサンプリング周波数
２ｆｓ　にて演算して結合することによって、第３図（
ｄ）に示されるスペクトルと同様の周波数帯域を持つ出
力波形ｈ（ｔ）（図示せず）を楽音波形データとして生
成するのである。

第４図は、サンプリング周波数変換回路１３の具体的な
構成の一例を示すものであり、このサンプリング周波数
変換回路１３は、出力データｇ（１）のサンプリング周
波数をより高い周波数に変換するため（補間するため）
の最も筒中な一次補間フィルタとして機能する。すなわ
ち、ＰＣＭ波形合成回路１１からの出力データｇ　（ｔ
）は加算器１６にて、遅延回路１５を経た出力データｇ
（ｔ）−１と加算され、その加算器１６のｌｌｉ力は１
／２乗算器１７を経て出力データｇ′　（ｔ）として出
力される。このような動作により、ＰＣＭ波形合成回路
１１からの出力データｇ　（ｔ）は、第３図（ｂ）に示
されるようには完全にΩ＝２π／Ｔのまわりのスペクト
ルを除去することはできないが、この出力データｇ′　
（ｔ）を所望の楽音波形を得るためにアタック部分など
の複雑な立上り波形を得るために用いるのであれば問題
はない。

なお、第３図（Ｃ）に示すように、完全にΩ＝２π／Ｔ
のまわりのスペクトルを除去するためには、補間フィル
タの次数を上げればよいのである。

さらに、この実施例では、筒中のため、ＰＣＭ波形合成
回路１１におけるサンプリング周波数と演算波形合成回
路１０におけるサンプリング周波数との周波数の比を１
：２としたが、有理数比であればサンプリング周波数変
換回路としての補間フィルタを実現することは回旋であ
るので、ｌ：２に限定されるものではない。

また演算波形合成回路１０においては、楽音波形として
は、正弦波に限・定されるものではなく矩形波あるいは
鋸歯状波などの楽音波形を用いるようにしてもよい。

ぎらにまた、楽ｔキのＰＣＭ波形を読出して合成するこ
とに限られず、楽音波形のデジタル表現は、ＰＣＭ以外
のＤＰＣＭ、ＡＤＰＣＭその他の各種符号化によるもの
でもよい。

［発明の効果］ 以Ｊ二述べたように、この発明によれば、繰返して読出
した楽音波形に基づいて生成する第１の楽音波形合成装
置の回路構成を小さくでき、また、第２のサンプリング
周波数を低くしたため第２の記憶手段の記憶容縫は小さ
くて済む、しかも、この第２の記ｔｉ！ｆ−段にＰＣＭ
波形データを記憶させれば、倍音構成の複雑な波形を得
ることができ、アタック部分などに高調波成分を多く含
んだ楽音を１１Ｊることができ、簡単な構成で自然楽器
の楽音に近いリアルな楽音波形の生成が可能な電子楽器
の楽音波形合成装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る電子楽器の全体回路構
成図、第２図は第１図における楽音発生回路の構成図、
第３図はこの発明の実施例を説１ｊするための楽音波形
スペクトル図、第４図は同じくサンプリング周波数変換
回路構成図である。 ３・・・・・・ＣＰＵ、６・・・・・・楽音発生回路、
１０・・・・・・ｖｔｒ１波形合成回路、１１・・・・
・・ＰＣＭ波形合成回路、１２・・・・・・ＰＣＭ波形
メモリ、１３・・・・・・サンプリング周波数変換回路
、１４・・・・・・演算回路。 Ｇａ（ｊ晶）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）繰返し読出すための楽音波形を記憶する第１の記
   憶手段と、 この第１の記憶に段から第１のサンプリング周波数にて
   読出した楽音波形データに基づいて、第１の楽音波形を
   生成する第１の楽音波形生成手段と、 楽音の一部または全部の楽音波形を記憶する第２の記憶
   手段と、 この第２の記憶手段から前記第１のサンプリング周波数
   より低い周波数の第２のサンプリング周波数にて読出し
   た前記楽音波形データに基づいて、第２の楽音波形を生
   成する第２の楽音波形生成手段と、 前記第２の楽音波形を入力し、この第２の楽音波形のサ
   ンプリング周波数を前記第２のサンプリング周波数に変
   換するサンプリング周波数変換手段と、 前記第１の楽音波形と前記サンプリング周波数変換手段
   を経た前記第２の楽音波形とを結合して所望の楽音波形
   を得る結合手段と、 を備えたことを特徴とする電子楽器の楽音波形合成装置
   。
2. （２）前記結合手段は、前記第１の楽音波形と前記サン
   プリング周波数変換手段を経た前記第２の楽音波形とを
   加算演算するものであることを特徴とする請求項１記載
   の電子楽器の楽音波形合成装置。
3. （３）前記結合手段は、前記第１の楽音波形に前記サン
   プリング周波数変換手段を経た前記第２の楽音波形を乗
   算演算して得た楽音波形と、前記第１の楽音波形とを加
   算演算するものであることを特徴とする請求項１記載の
   電子楽器の楽音波形合成装置。