JPH04230794A - 電子楽器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、楽音波形の各サンプル
点の波形振幅値をフーリエ合成によって個々に計算して
楽音波形を形成する方式の電子楽器において、音色を設
定するための高調波係数をタッチ、音域等に応じて変化
させるようにした電子楽器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ディジタル方式の電子楽器において
は、楽音波形の各サンプル点の波形振幅値を何らかの方
法で発生し、これを音高周波数に対応した読み出しレー
トで読み出す方式のものが多く提案されてきた。その最
も単純な方法は波形データそのものを記憶して読み出す
いわゆる「波形メモリ方式」であり、アナログ入力をＡ
／Ｄ変換して波形データとする方式もこれに準ずる。し
かし楽音波形を音域に応じて変化させるためには膨大な
メモリ容量を必要とするため、現実的には十分な効果が
得られなかった。また各種の連続関数を用いてパラメー
タを計算したり、周波数変調方式による実時間波形合成
において楽音波形の音域変化を計算する方法も考えられ
たが、波形発生のためのパラメータと発生される楽音の
音色との対応が人間の感覚にとって極めて不自然であり
、所望の音色を得ることが困難であった。

【０００３】一方、フーリエ合成による楽音波形発生方
式は、高調波係数のパラメータが聴覚的な音色評価に自
然に対応しているため、波形合成演算量が多いという短
所を補うための種々の改良とともに広く採用されてきた
。フーリエ合成による楽音波形発生方式において楽音の
音色を決定するのは高調波係数の構成比であり、楽音波
形を音域によって変化させる方法については、複数のメ
モリを用いて多くの高調波係数を選択する方法が考えら
れたが、回路規模が膨大になる割に十分な音色変化が得
られない欠点があった。また特公昭５３−４６４４５号
に記載されたような、設定された高調波係数と「フォル
マントフィルタ」を乗算する方式、および特開昭５７−
１７２３９６号に記載されたような、音域変化関数を高
調波係数毎に乗算する方式においては、いずれも乗算回
路が必要であり、その回路規模・演算時間によって全体
のシステムが制約を受けて、ディジタル方式の楽音波形
の音域的変化としては十分でない欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
点に鑑みてなれたもので、高調波係数の音域的変化を乗
算器を用いずに発生させることで回路構成を簡略化し、
また動作時間を短縮化するものである。そのために本発
明においては、フーリエ合成に用いられる１組の高調波
係数データを複数組記憶するメモリ回路から高調波係数
データを読み出すための読み出しアドレスに着目し、楽
音波形の音域的変化やタッチレスポンスに応じた音色変
化を上記読み出しアドレスに対して制御することによっ
て、最終的にフーリエ係数となる高調波係数の構成比を
変化させることを特徴とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はフーリエ合成に用いられる１組の高調波係
数データを記憶し、上位アドレスに応じて上記高調波係
数データを読み出し、この読み出された高調波係数デー
タにつき、下位アドレスに対応した高調波係数データを
計算して補間変換し、この補間変換された高調波係数デ
ータのみを出力するようにしたものである。

【０００６】

【作用】これにより、記憶する高調波係数データの量を
少なくすることができる。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明による電子楽器の構成を説明
するための構成概念図である。押鍵検出・発音割当回路
３においては、鍵盤１および音色設定タブレット２によ
って入力された音色情報・演奏情報に応じた制御信号を
各部分に供給する。高調波係数回路４においては、押鍵
検出・発音割当回路３からの音色情報に応じて楽音波形
合成演算のためのフーリエ高調波係数を設定する。波形
発生回路５においては、高調波係数回路４からのフーリ
エ高調波係数によって楽音波形を順次演算・合成して波
形記憶回路６に供給する。一方音高周波数回路７におい
ては、押鍵検出・発音割当回路３からの演奏情報によっ
て楽音周波数に対応した読み出し信号を発生し、波形記
憶回路６から楽音周波数に対応した楽音波形を読み出す
。

【０００８】また、エンベロープ回路９においては、押
鍵検出・発音割当回路３からの演奏情報によって個々の
楽音の立上り・立下りやエンベロープ特性等の振幅変調
データを設定する。以上の動作はディジタル的に時分割
動作させることで、回路規模を節約することが可能であ
る。Ｄ／Ａ変換回路８においては、波形記憶回路６から
音高周波数回路７によって読み出された楽音周波数に対
応した楽音波形をディジタル−アナログ変換し、エンベ
ロープ回路９からの振幅変調データを乗算し、アナログ
信号出力を得る。Ｄ／Ａ変換回路８からのアナログ信号
出力は効果回路、アンプ、スピーカを含むサウンドシス
テム１０によって音響に変換され、電子楽器の演奏奏者
として発音される。

【０００９】図２は、図１に示す高調波係数回路４に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分を説明するための具体的構成例である。メモリ回路
１１はフーリエ合成に用いられる１組の高調波係数デー
タを複数組記憶するとともに、この複数組の高調波係数
データを多数記憶する記憶する。ここで、１組の高調波
係数データとは図３ａまたは図３ｃに示されるものであ
り、これが複数記憶されるとは図３ｂに示される状態を
指す。音域的変化データ設定回路１３は楽音波形の音域
的変化に対応して高調波係数の構成比を音域的に変化さ
せるためのデータを設定する。アドレス発生回路１２は
メモリ回路１１からの高調波係数データを読み出すため
の読み出しアドレスを上記音域的変化データに応じて変
化させながら発生させる。タイミング回路１４は波形発
生回路５とアドレス発生回路１２との時分割動作を同期
させる。

【００１０】図２において、波形発生回路５で楽音波形
が演算・合成されるまでの動作を説明すると、一般に波
形発生回路５においては、

【００１１】

【数１】

【００１２】によって楽音波形の振幅値が順次演算され
る。ここにｎは高調波の次数、Ｎは高調波の最高次数、
ｓはサンプル点、Ｓは１周期のサンプル数、Ｃｎは高調
波係数回路４で設定される高調波係数である。楽音波形
が音域に無関係に一定である音色を合成する場合には（
１）式で十分であっても、音域によって変化する楽音波
形を合成する場合には、このサンプリング定数ｓとは別
に音高周波数または音域に対応したパラメータｆを用い
て、

【００１３】

【数２】

【００１４】に従って演算を行う必要がある。ここで前
述のようにフォルマント関数等Ｋ（ｆ）を用いた方法の
場合、音域に対応した高調波係数Ｃｎ（ｆ）が、

【００
１５】

【数３】

【００１６】として計算されるため、楽音波形演算全体
としては、

【００１７】

【数４】

【００１８】となって、電子楽器の回路動作に大きな比
重を占める乗算操作がサンプル点ごとに２度ずつ必要に
なるため、回路規模と動作速度の限界によって倍音数を
少なく限定したり、１周期に対するサンプル点の精度を
限定しなければならなかった。

【００１９】図２に示す、本発明に係る楽音波形の音域
的変化処理操作部分を説明するための具体的構成例にお
いては、上記のような乗算操作を必要とせず、フーリエ
合成に用いられる１組の高調波係数データを複数組記憶
するメモリ回路１１、楽音波形の音域的変化に対応して
高調波係数の構成比を音域的に変化させるためのデータ
を設定する音域的変化データ設定回路１３、メモリ回路
１１から高調波係数データを読み出すための読み出しア
ドレスを上記音域変化データに応じて変化させながら発
生させるアドレス発生回路１２によって音域的波形変化
を実現する。すなわち、音域に対応した高調波係数Ｃｎ
（ｆ）を上記メモリ回路から読み出すためのアドレス：
Ａｄを用いて、

【００２０】

【数５】

【００２１】という表現で高調波係数Ｃｎ（ｆ）を求め
るが、これはメモリ回路１１のアドレス操作にすぎない
ため、複雑な演算回路を必要とせずに容易に実現できる
。この動作を図３に示すグラフを用いて説明すると、従
来の方式のフーリエ合成では、たとえば図３ａのような
高調波係数を高調波係数メモリの形で波形合成演算のた
めに用意して、（１）式に従って波形発生を行ったが、
本発明におけるメモリ回路１１の段階はこれと異なる。 図２のメモリ回路１１には、たとえば図３ｂのような高
調波データが記憶させているが、これは図３ａのような
「第ｎ倍音」というフーリエ係数の形式ではなく、ある
構成を持った一群の高調波データにすぎない。

【００２２】そして、図２のアドレス発生回路２によっ
て図３ｂのような高調波データを、たとえばＦ１という
アドレス地点からｄ１というアドレス間隔でとびとびに
読み出すと、この場合には図３ａのような高調波係数デ
ータが得られ、またＦ２というアドレス地点からｄ１と
いうアドレス間隔でとびとびに読み出すと、この場合に
は図３ｃのような高調波係数データが得られる。ここで
図３ａおよび図３ｃの高調波係数構成を比較してみると
、全体の傾向は図３ｂの高調波データの輪郭に近いなが
ら、音色に影響のある幾つかの特徴的な低音のレベルに
大きな変化のあるのがわかる。このように図２のアドレ
ス発生回路１２からの読み出しアドレスを少し制御する
だけで楽音波形をコントロールでき、かつ楽音の全体の
傾向は失わないという特性は、電子楽器の楽音波形発生
方式としては理想的なものである。

【００２３】図２の音域的変化データ設定回路１３にお
いては、楽音の音域に対応した音色変化として、たとえ
ばピアノの高音部と低音部の音色差異・各音域（ソプラ
ノ、アルト、テナー、バス等）のサキソフォーンの音色
の差異・グロッケンの音色の高音部に特徴的な金属音、
等に対応した音域的変化データが設定される。この音域
的変化データ設定回路１３としては、鍵盤１および音色
設定タブレット２によって入力された音色情報・演奏情
報に応じて押鍵検出・発音割当回路３から供給される制
御信号によって対応する音域的変化データを読み出しメ
モリ回路によって構成したり、必要な音域的変化データ
を実時間で演算設定する簡単な演算回路を用いることが
できる。

【００２４】この音域的変化データは各鍵盤がＯＮされ
た時点で音高周波数がはじめて確定し、ＯＦＦされるま
で一定であるので波形発生回路５が複数の発音チャンネ
ルの波形合成演算を時分割によって行う場合、個々の発
音チャンネルの演算ごとに夫々対応した音域的変化デー
タ設定が必要である。このため、図２のタイミング回路
１４は波形発生回路５のフーリエ演算の高調波次数情報
をアドレス発生回路１２に供給するとともに、全体の回
路の時分割動作のタイミングをコントロールする。図２
のアドレス発生回路１２によってメモリ回路１１から読
み出される高調波係数データを（２）式に従って求める
と、波形発生回路５において、あるサンプル点ｓにおけ
る演算は倍音ｎごとの乗算・累算であり、

【００２５】

【数６】

【００２６】という倍音ｎごとの乗算結果Ｇ（ｎ，ｓ，
ｆ）を、

【００２７】

【数７】

【００２８】とＮ次まで累算していることがわかる。こ
の乗算タイムスロットごとにアドレス発生回路１２はタ
イミング回路１４から高調波次数情報ｎを受け取り、さ
らに音域的変化データ設定回路１３から音域的変化デー
タを受け取る。ここでたとえば図３ｂのような高調波デ
ータに対して、音域ｆにおける第ｎ次高調波係数を読み
出すアドレスを、

【００２９】

【数８】

【００３０】と設定することができる。（８）式におい
て、Ｐｌは基音（倍音）の高調波係数を読み出すアドレ
ス、ｄは前述のように「とびとびに」読み出すスキップ
値、Ｗ（ｆ）は音域的変化データである。（８）式の計
算は形式的には面倒のように見えるが、実際にはスキッ
プ値ｄをメモリの一定の上位アドレスとすれば単なるア
ドレス操作になりまた音域的変化データＷ（ｆ）は音域
変化パラメータｆのみの関数であって鍵盤のＯＮ／ＯＦ
Ｆ毎にしか変化しないため、実現は容易である。このよ
うなアドレスに対して、メモリ回路１１は（５）式にお
ける高調波係数Ｃｎ（ｆ）を発生する一種の変換テーブ
ル：Ｍとして機能し、

【００３１】

【数９】

【００３２】なる高調波係数データを波形発生回路５に
供給する。これによって波形発生回路５においては、各
乗算タイムスロット：ｎごとに、

【００３３】

【数１０】

【００３４】なる演算を行うことになる。ここで３つの
時分割演算パラメータｎ，ｓ，ｆを同期させるために、
タイミング回路１４は必要なデータをラッチし、また各
部分に必要なラッチパルスを供給するとともに、アドレ
ス発生回路１２のアドレス生成に関与する。

【００３５】図４は、図１に示す高調波係数回路４に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分の別の実施例を説明するための具体的構成例である
。図４において、メモリ回路２１はフーリエ合成に用い
られる１組の高調波係数データを複数組記憶する。音域
的変化データ設定回路２３は楽音波形の音域的変化に対
応して高調波係数の構成比を音域的に変化させるための
データを発生する。アドレス発生回路２２はメモリ回路
２１から高調波係数データを読み出すための読み出しア
ドレスを上記音域的変化データに応じて変化させながら
発生させる。補間回路２５はアドレス発生回路２２から
の読み出しアドレスによってメモリ回路２１から読み出
された高調波係数データを補間する。タイミング回路２
４は波形発生回路５およびアドレス発生回路２２および
補間回路２５の時分割動作を同期させる。

【００３６】図４に示す、本発明に係る楽音波形の音域
的変化処理操作部分の別の実施例を説明するための具体
的構成例の動作を図５に示すグラフを用いて説明すると
、メモリ回路２１においてはたとえば図５ａのような高
調波係数データが代表値として格納されるが、このデー
タ自身は楽音波形の高調波係数構成と直接対応するもの
ではなく、合成される楽音波形の任意性に応じて任意に
構成できる。ここでアドレス発生回路２２の設定する読
み出しアドレスが、（８）式に従って図５ｂのＦ３をス
タート点に、ｄ２をスキップ値として設定されると、補
間回路２５においてはメモリ回路２１の高調波係数デー
タＰ１，Ｐ２，…によって対応する補間値が計算される
。この補間値を楽音波形の倍音構成として表わしたのが
図５ｃのグラフであり、アドレス発生回路２２の設定す
る読み出しアドレスによって効果的に高調波係数構成が
設定されるのがわかる。この具体的構成例では図２より
も構成が複雑に見えるが、メモリ回路２１に要求される
メモリ容量は非常に少なくなるため、実際にはむしろ有
効で、補間回路２５の補間式をシフト回路による非線型
補間等にすれば、回路規模も少なくてすむ。

【００３７】ここで、音域的変化データ設定回路２３及
びアドレス発生回路２２は、図２の音域的変化データ設
定回路１３及びアドレス発生回路１２とまったく同じも
のである。アドレス発生回路２２の設定する読み出しア
ドレスのうち、上位アドレスは上記メモリ回路２１に与
えられて、上記高調波係数データがＰ１，Ｐ２，…が読
み出される。アドレス発生回路２２の設定する読み出し
アドレスのうち、下位アドレスは上記補間回路２５に与
えられる。補間回路２５は、上記メモリ回路２１から読
み出された高調波係数データにつき、上記アドレス発生
回路２２からの下位アドレスに対応した高調波係数デー
タを計算して補間変換し、この補間変換された高調波係
数データのみを出力する。この補間変換は、例えば特開
昭５１−８９２４号または特開昭５３−５０７２２号に
示されるものがある。この補間変換により、上記スター
ト点Ｆ３またはスキップ値ｄ２を変えるだけで、図５ａ
のような１組の高調波係数データから種々の高調波係数
データを生成することができる。

【００３８】図６は、図１に示す高調波係数回路４に設
けられる、本発明に係る楽音波形の音域的変化処理操作
部分の更に別の実施例を説明するための具体的構成例で
ある。図６において、メモリ回路３１はフーリエ合成に
用いられる１組の高調波係数データを複数組記憶する。 音域的変化データ設定回路３６は楽音波形の音域的変化
に対応して高調波係数の構成比を音域的に変化させるた
めのデータを押鍵検出・発音割当回路３からのタッチレ
スポンス情報に応じて発生する。アドレス発生回路３２
はメモリ回路３１から高調波係数データを読み出すため
の読み出しアドレスを上記音域的変化データに応じて変
化させながら発生させる。タイミング回路３４は波形発
生回路５およびアドレス発生回路３２の時分割動作を同
期させる。

【００３９】図７は図６に示す音域的変化データ設定回
路３６における動作を説明するための具体的構成例であ
る。すなわち図７において、音域的変化データ回路４１
は楽音波形の音域的変化に対応して高調波係数の構成比
を音域的に変化させるためのデータを設定する。デプス
設定回路４２は音域的変化データ回路４１によって発生
される音域的変化データの効果量を設定する。バイアス
設定回路４３は演奏におけるタッチレスポンス情報に応
じてバイアス値を設定する。タッチレスポンスコントロ
ール回路４４は押鍵検出・発音割当回路３からのタッチ
レスポンス情報に応じてデプス設定回路４２およびバイ
アス設定回路４３を制御する。

【００４０】図６および図７に示す、本発明に係る楽音
波形の音域的変化処理操作部分の別の実施例を説明する
ための具体的構成例の動作を図８に示すグラフを用いて
説明すると、一般に減衰音系の自然楽器、たとえばピア
ノ、ギター、ヴィブラホン、太鼓等の楽音は図８ａのよ
うな「エンベロープ」特性、すなわち音量の時間変化曲
線を持っている。しかし電子楽器においてこのような楽
音信号を発生する場合、波形発生回路の波形信号出力を
図８ａのような音量カーブで振幅変調しただけでは自然
な音色は得られない。これは、得に打撃動作を持つ減衰
音系の自然楽器の場合、図８ｂのＣ曲線に相当する楽器
固有の特続音色に加えて、図８ｂのＡ曲線ないしＢ曲線
のような、打撃時の特別な立上り音色が楽器の個性とし
て重要な因子として作用するからである。そこでタッチ
レスポンスコントロール回路４４においては、各発音チ
ャンネル毎に発音開始後一定期間、音域的変化データ回
路４１によって発音される音域的変化データの効果量を
設定するデプス設定回路４２にタッチレスポンス情報を
供給して打撃時の特別な立上り音色変化の変化量を制御
し、またバイアス設定回路が設定する楽器固有の特続音
色部分のレベルもコントロールする。更に図８ｃのよう
にバイアス値Ｂｉに加える音域的変化データのレベルを
２進シフトさせて簡単な指数特性を持たすことで、より
効果的なタッチレスポンス特性を実現できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電子
楽器によれば、フーリエ合成に用いられる１組の高調波
係数データを記憶し、上位アドレスに応じて上記高調波
係数データを読み出し、この読み出された高調波係数デ
ータにつき、下位アドレスに対応した高調波係数データ
を計算して補間し、この補間された高調波係数データの
みを出力するようにした。これにより、記憶する高調波
係数データの量を少なくすることができる。また、楽音
波形の音域的変化を実現する上で、フーリエ合成演算に
必要な高調波係数を簡単な構成で短時間に発生すること
ができるため、高調波係数の次数およびサンプリングレ
ートおよび回路規模の制約を克服して、真に音楽的な楽
音波形を発生することができる。また補間手段やタッチ
レスポンスコントロール手段によって回路規模の節約お
よびタッチレスポンス表現を実現することで、音楽性豊
かな電子楽器を容易に提供できるものであり、良質の音
楽のために貢献するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子楽器全体の構成概念図。

【図２】図１に示す高調波係数回路４に設けられる楽音
波形の音域的変化処理操作部分を説明するための具体的
構成例を示す図である。

【図３】図２に示す具体的構成例の動作を説明するため
の図である。

【図４】図１に示す高調波係数回路４に設けられる本発
明に係る楽音波形の音域的変化処理操作部分の別の実施
例を説明するための具体的構成例を示す図である。

【図５】図４に示す具体的構成例の動作を説明するため
の図である。

【図６】図１に示す高調波係数回路４に設けられる楽音
波形の音域的変化処理操作部分の更に別の実施例を説明
するための具体的構成例を示す図である。

【図７】図６に示す音域的変化データ設定回路３６にお
ける動作を説明するための具体的構成例を示す図である
。

【図８】図６および図７に示す具体的構成例の動作を説
明するための図である。

【符号の説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】楽音波形の各サンプル点の波形振幅値をフ
   ーリエ合成によって個々に計算して楽音波形を形成する
   方式の電子楽器において、フーリエ合成に用いられる１
   組の高調波係数データを記憶する記憶手段と、読み出し
   アドレスを発生させ、このアドレスのうち上位アドレス
   を上記記憶手段に与えて、上記高調波係数データを読み
   出すアドレス発生手段と、上記記憶手段から読み出され
   た高調波係数データにつき、上記アドレス発生手段から
   の読み出しアドレスの下位アドレスに対応した高調波係
   数データを計算して補間変換し、この補間変換された高
   調波係数データのみを出力する補間手段とを備えたこと
   を特徴とする電子楽器。
2. 【請求項２】楽音波形の各サンプル点の波形振幅値をフ
   ーリエ合成によって個々に計算して楽音波形を形成する
   方式の電子楽器において、フーリエ合成に用いられる高
   調波係数データを複数記憶する記憶手段と、発生する楽
   音の音色を指定する音色指定手段と、この音色指定手段
   において指定された音色に応じて、高調波係数の構成比
   を設定する設定手段と、この設定手段の設定に応じて、
   上記記憶手段から上記構成比に応じた高調波係数データ
   を読み出すための読み出しアドレスを発生させるアドレ
   ス発生手段とを備えたことを特徴とする電子楽器。
3. 【請求項３】上記アドレス発生手段からの読み出しアド
   レスに更にバイアス値を設定して加えるバイアス設定手
   段と、発生する楽音の音高周波数の効果影響量を設定す
   るデプス設定手段とを具備し、演奏におけるタッチレス
   ポンス情報に応じて上記バイアス設定手段のバイアス値
   および上記デプス設定手段の効果デプス値を制御するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子楽器
   。