JPH051480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は電子楽器における波形形成方法に関
し、特に、複数周期から成る異なる特性の２種類
の波形を波形メモリに準備し、両メモリの読み出
し波形を補間合成するようにした電子楽器におけ
る波形形成方法に関する。

従来技術 発音開始から終了までの全波形もしくは立上り
部の全波形とそれ以後の波形の一部を波形メモリ
に記憶し、前者を記憶した場合はその全波形を一
通り読み出すことにより高品質の楽音波形信号を
発生し、後者を記憶した場合は立上り部の波形を
一通り読み出した後それ以後の一部波形を繰返し
読み出すことにより高品質の楽音波形信号を発生
することが、最近では行われている。このように
波形メモリに予め多周期の連続波形を記憶してお
く方式は、高品質の楽音波形信号が得られる反
面、膨大なメモリ容量が要求されるため、鍵タツ
チあるいは音高等に応じた様々な音色変化を実現
するのに不向きであつた。すなわち、最も単純に
は、すべての種類の鍵タツチあるいは音高等の音
色変化パラメータに対応して多数の異なる波形メ
モリを予め準備しておけばよいのであるが、それ
では全体のメモリ容量が余りにも膨大となり、非
実用的である。そこで、一つの方法として、２種
類の連続波形、例えばタツチレスポンス制御の場
合は最強タツチに対応する連続波形と最弱タツチ
に対応する連続波形、を波形メモリに準備してお
き、両波形を同時に読み出して音色変化パラメー
タ（タツチ強度）に応じて両波形を補間すること
により該音色変化パラメータ（タツチ強度）に対
応する波形を得ることが考えられるが、実際には
補間すべき両波形の位相が合つていないと補間が
無意味なものとなつてしまう。波形メモリに準備
すべき２種類の波形は現実の演奏音波形のコピー
が用いられるため、両波形の位相は異つており、
最初の位相を合わせることができても数秒後には
大きな位相ずれが生じる。従つて、多周期の連続
波形をメモリに記憶し、これを読み出すことによ
り高品質の楽音波形信号を得ようとする方式で
は、単純な補間は不向きであり、多様な音色変化
を小規模な構成で実現するのは従来困難であつ
た。

発明の目的 そこで、この発明の目的は、自然楽器音にもと
づいて得た２種類の複数周期波形を用いて不都合
のない補間が実際に行えるようにし、これによ
り、比較的小規模かつ低コストな構成で高品質か
つ多様な音色変化を実現し得るようにすることに
ある。

発明の概要 この発明に係る波形形成方法は、(1)同一種類の
自然楽器から互に異なる音色及び音量特性で発音
された複数周期から成る２種類の原波形を準備す
ること、(2)準備された原波形の位相を操作して、
相互の位相関係が余り大きくずれないよう相互の
位相ずれを減縮する方向に位相修正し、結果とし
て、複数周期から成る第１及び第２の波形を得る
こと、(3)上記(2)で得た第１及び第２の波形に関し
てその全波形又は立上り部とその後の一部の波形
を第１及び第２の波形メモリに夫々予め記憶して
おくこと、(4)指定された音高に従つて第１及び第
２の波形メモリから波形を夫々読み出し、読み出
された両メモリ出力を音色変化パラメータに応じ
た比率で補間合成することにより、該音色変化パ
ラメータに応じた望みの波形信号を得ること、か
ら成ることを特徴とする。自然楽器音にもとづい
て得た２種類の波形を上述のように位相操作し、
両者の位相ができるだけずれないようにすること
により、両波形を用いた補間合成が不都合なく行
えるようになる。

この発明によれば、更に、波形メモリの記憶内
容を簡略化するために、上述のように位相修正し
た２つの原波形の各サンプル点毎の差を求めて両
波形の差分波形を得、位相修正された原波形の一
方を第１の波形メモリに記憶し、差分波形を第２
の波形メモリに記憶するようにすることが提案さ
れる。差分波形の各サンプル点データは通常の波
形サンプル点振幅データよりも小さいビツト数で
表現できるので、第２の波形メモリを小容量化す
ることができる。

この発明は、鍵タツチに応じて音色及びレベル
を制御するタツチレスポンス制御あるいは押圧鍵
の音高又は音域に応じて音色及びレベルを制御す
るキースケーリング制御、その他の音色変化制御
に適用することができる。従つて、音色変化パラ
メータとして、鍵タツチの強度あるいは押圧鍵の
音高又はその音域あるいはその他の音色変化を促
す因子が用いられる。

実施例 第１図はこの発明の実施に関わる電子楽器の一
例を示す電気的ブロツク図であり、発生すべき楽
音の音高を指定する手段として鍵盤１０が用いら
れ、この鍵盤１０で押圧された鍵に加えられたタ
ツチをタツチ検出装置１１で検出し、このタツチ
検出データを音色変化パラメータとして用い、タ
ツチの強度に応じた音色及びレベル特性を持つ楽
音波形信号を発生するものである。第１の波形メ
モリ１２は、或る特性の波形（仮りにこれを第１
の波形という）に関して、発音の立上り部から終
了に至るまでの全波形を予め記憶したものであ
る。第２の波形メモリ１３は、上記第１の波形と
は異る特性の波形（仮りにこれを第２の波形とい
う）に関して、発音の立上り部から終了に至るま
での全波形を予め記憶したものである。この実施
例では、第１の波形は最強の鍵タツチに対応する
特性の波形であり、第２の波形は最弱の鍵タツチ
に対応する特性の波形である。

鍵盤１０と波形メモリ１２，１３との間に設け
られたアドレスデータ発生回路１４は、鍵盤１０
で指定された音高に応じて波形メモリ１２，１３
から発音開始から終了に至るまでの全波形を夫々
読み出すための読み出し手段である。アドレスデ
ータ発生回路１４で発生されたアドレスデータに
従つて波形メモリ１２，１３から第１及び第２の
波形信号が夫々読み出され、補間手段１５に入力
される。補間手段１５は、タツチ検出装置１１か
ら与えられたタツチ検出データ（すなわち音色変
化パラメータ）に応じた比率で両波形メモリ１
２，１３の出力信号を合成し、鍵タツチの強度に
応じた特性を持つ波形信号を得るものである。

補間手段１５において、補間係数メモリ１６，
１７はタツチ強度に対して互に逆特性を示す第１
及び第２の補間係数Ｋ１，Ｋ２を予め記憶してお
り、タツチ検出データに応じて該補間係数Ｋ１，
Ｋ２を読み出す。第１の補間係数Ｋ１は、タツチ
強度が強いほどレベルが上がるもので、第１の波
形メモリ１２から読み出された最強タツチに対応
する波形信号のレベルが乗算器１８においてこの
第１の補間係数Ｋ１に応じて制御される。第２の
補間係数Ｋ２はタツチ強度が弱いほどレベルが上
がるもので、第２の波形メモリ１３から読み出さ
れた最弱タツチに対応する波形信号のレベルが乗
算器１９においてこの第２の補間係数Ｋ２に応じ
て制御される。両乗算器１８，１９の出力が加算
器２０で加算され、補間合成された波形信号が得
られる。この波形信号はデイジタルアナログ変換
器２１でアナログ変換された後、サウンドシステ
ム２２に与えられる。

第１及び第２の波形メモリ１２，１３に記憶す
べき第１及び第２の波形は、次のような事前処理
によつて作成する。

処理１… 所定の自然楽器（例えばピアノ）を弱いタツチ
で演奏し、第２図ａに示すような発音開始から終
了に至るまでの複数周期の原波形Ａを得る。同じ
自然楽器を強いタツチで演奏し、第２図ｂに示す
ような原波形Ｂを得る。なお、原波形Ａ，Ｂはと
もに同一ピツチである。

処理２… 上述のように準備された原波形Ａ，Ｂの位相を
操作して、相互の位相関係が余り大きくずれない
よう相互の位相ずれを減縮する方向に位相修正す
る。この位相操作は、一例として、次の処理2a
乃至2cに示すように、一方の原波形Ｂをフイルタ
操作することにより他方の原波形Ａに近似した波
形を求めることにより行われる。

処理2a… 原波形Ａ，Ｂの全波形区間を複数のフレーム
（時間枠）に区分し、各フレーム毎に両波形のス
ペクトル解析を行う。このフレーム区分は、等時
間間隔とは限らず、波形変化の特徴に応じた適宜
の間隔とする。図の例では０から６までの７フレ
ームに区分している。或る１フレームに関してス
ペクトル解析結果の一例を示すと、原波形Ａは第
３図ａのようであり、原波形Ｂは第３図ｂのよう
である。

処理2b… 処理2aで解析した同一フレームにおける両ス
ペクトルの偏差を各フレーム毎に求める。例えば
第３図ａ，ｂのスペクトル偏差はｃのようであ
る。

処理2c… 処理2bで求めた各フレーム毎のスペクトル偏
差にもとづき各フレーム毎のフイルタ特性パラメ
ータを求め、このフイルタ特性パラメータに従つ
て強タツチに対応する原波形Ｂに対して各フレー
ム毎にフイルタ操作を施す。このフイルタ操作に
よつて弱タツチに対応する原波形Ａに近似した波
形を得ることができる。

上記処理2cの後、フイルタ操作の対象となつた
強タツチに対応する原波形Ｂを第１の波形メモリ
１２に記憶し、フイルタ操作によつて得られた弱
タツチに対応する原波形Ａに近似する波形を第２
の波形メモリ１３に記憶する。こうして、第２の
波形メモリ１３に記憶された波形は、原波形Ａに
近似しているが、原波形Ｂをフイルタ操作したこ
とにより得られたものであるので、その位相は原
波形Ｂから余り大きくずれていない。従つて、両
波形メモリ１２，１３に記憶する波形の位相が余
り大きくずれないようにすることができる。

前記処理２における位相操作の別の例として、
次の処理2′に示す方法を用いてもよい。

処理2′… 所定の位相区間毎に原波形Ａ，Ｂの一方又は両
方の位相を適量ずらすことにより各位相区間にお
ける両波形Ａ，Ｂの位相が合致する方向に位相修
正を行う。こうして、位相修正された原波形Ａ，
Ｂを波形メモリ１３，１２に夫々記憶する。この
ような位相操作によつても、両波形メモリ１２，
１３に記憶する波形の位相が余り大きくずれない
ようにすることができる。

以上のように、波形メモリ１２，１３には、両
者の位相が余り大きくずれないように位相操作さ
れた強タツチに対応する波形と弱タツチに対応す
る波形が記憶される。従つて、補間手段１５にお
いて両波形１２，１３の出力を補間合成する場合
不都合なく（位相ずれにもとづくビート等を発生
することなく）合成することができる。

第４図はこの発明の別の実施例に関わる電子楽
器の電気ブロツク図を第１図との変更箇所に関し
てのみ示すもので、第１の波形メモリ２３には、
前述の処理2a〜2c又は2′のように位相修正された
原波形のうち弱タツチに対応する波形が記憶され
る。この実施例では、前述の処理１，２（2a〜
2c，2′）の次に更に次の処理３が追加される。

処理３… 処理２の位相操作の結果として得られ、位相修
正された原波形の一方と他方との差を各サンプル
点毎に求め、その結果として、位相修正済みの両
波形の差分波形を得る。

こうして、処理３で求めた差分波形を第２の波
形メモリ２４に記憶しておく。補間手段１５Ａ
は、タツチ検出データに応じて補間係数Ｋを読み
出す補間係数メモリ２５と、この補間係数Ｋと第
２の波形メモリ２４から読み出した差分波形デー
タとを乗算する乗算器２６と、この乗算器２６の
出力を第１の波形メモリ２３の読み出し出力（弱
タツチ対応波形）に加算する加算器２７とを具え
ている。係数メモリ２５は、鍵タツチが最強のと
き係数Ｋとして「１」を読み出し、最弱のときＫ
として「０」を読み出し、その間のタツチ強度に
応じて０＜Ｋ＜１なる条件を満す係数Ｋを所定の
補間関数に従つて読み出す。こうして、メモリ２
３から読み出した弱タツチ対応波形に対する差分
波形データの加算比率が鍵タツチ強度に応じて制
御され、タツチ強度に応じた特性の波形が得られ
る。

ところで、メモリ２４に記憶する差分波形は強
タツチ対応波形と弱タツチ対応波形の各サンプル
点毎の振幅値の差であるため、高調波分の多い、
とげとげした、波形である。このとげとげした差
分波形を小レベルでも弱タツチ対応波形に加える
と、加算合成した波形がメモリ２３から読み出し
た弱タツチ対応波形とは急に変わつた感じになる
おそれがあり、また、実際の自然楽器演奏音の波
形とも違つたものとなるおそれがある。そこで、
補間手段１５Ａを第５図のように変更し、第２の
波形メモリ２４の出力側にデイジタルフイルタ
（ローパスフイルタ）２８を設け、タツチ検出デ
ータに応じてフイルタ特性パラメータメモリ２９
から鍵タツチに対応するフイルタ特性パラメータ
を読み出し、これによりフイルタ２８を制御する
ようにするとよい。このフイルタ制御は、鍵タツ
チが弱いほど丸みを帯びた差分波形がフイルタ２
８から出力され、タツチが強くなるに従つて丸も
みの少ない波形メモリ２４から出力される本来の
差分波形に近い差分波形がフイルタ２８から出力
されるようにする。そして、最強タツチのときは
波形メモリ２４の出力波形に何の変更も加えずに
フイルタ２８から出力するようにする。このよう
な制御によつて、比較的タツチが弱いときに最弱
タツチ対応波形（メモリ２３の出力）に加算され
る差分波分を高調波形の少ない滑らかなものとす
ることができ、上述のような不都合が除去され
る。

尚、第１の波形メモリ２３に最強タツチ対応波
形を記憶し、加算器２７を減算器としてもよい。

上記各実施例において、波形メモリ１２，１
３，２３，２４では発音開始から終了までの全波
形を記憶するものとしているが、これに限らず、
立上り部の波形とその後の波形を一部を記憶する
ようにしてもよい。その場合、アドレスデータ発
生回路１４は、立上り部の波形を一通り読み出し
た後、その後の一部波形（これも複数周期波形で
ある）を繰返し読み出すようにすることにより、
発音開始から終了までの全波形を読み出すように
する。尚、繰返し読み出した波形信号の振幅エン
ベロープは、適宜のエンベロープ付与手段によつ
て付与する。

また、波形メモリ１２，１３，２３には楽音波
形振幅サンプルデータをそのまま記憶せずに、隣
合うサンプル振幅値間の差分データを記憶し、読
み出しの際にこの差分データを累積的に加減算し
て本来の振幅サンプルデータを得るようにしても
よい。

尚、音色変化パラメータを押圧鍵の音高又は音
域として、音色のキースケーリング制御を行う場
合は、上記各実施例の説明における鍵タツチ強度
又はタツチ検出データを押圧鍵の音高又は音域に
読み替えれば全く同様に実施できる。

発明の効果 以上の通りこの発明によれば、自然楽器音にも
とづいて得た複数周期から成る２種類の波形を位
相操作して、両者の位相が余り大きくずれないよ
うにした上で、これを波形メモリに夫々記憶し、
この波形メモリの出力を補間合成するようにした
ので、波形が時間的に変化する２種類の自然楽器
音近似波形を実用上補間合成することが可能とな
る。その結果、比較的小規模かつ低コストな構成
で高品質かつ多様な音色変化を実現することがで
きるようになる。また、差分波形を一方の波形メ
モリに記憶することにより、メモリ構成をより一
層簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に関わる電子楽器
の電気的ブロツク図、第２図ａ，ｂは自然楽器か
ら互に異なる音色及び音量特性で発音された２種
類の原波形を例示する図、第３図ａ，ｂは第２図
ａ，ｂの波形の或る１フレームにおけるスペクト
ルの一例を夫々示す図、第３図ｃはａとｂのスペ
クトル偏差を示す図、第４図はこの発明の別の実
施例に関わる電子楽器を第１図との変更箇所につ
き抽出して示す電気的ブロツク図、第５図は第４
図の補間手段の変更例を示すブロツク図である。 １０…鍵盤、１１…タツチ検出装置、１２，１
３，２３，２４…波形メモリ、１４…アドレスデ
ータ発生回路、１５，１５Ａ…補間手段、１７，
１６，２５…補間係数メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 楽音発生を指示するための発音指示手段と、
   第１の波形に関して、発音の立上り部から終了に
   至るまでの全波形又はその一部の複数周期波形を
   記憶した第１の波形記憶手段と、第２の波形に関
   して、発音の立上り部から終了に至るまでの全波
   形又はその一部の複数周期波形を記憶した第２の
   波形記憶手段と、前記発音指示手段の発音指示に
   応じて前記第１及び第２の波形記憶手段から発音
   開始から終了に至るまでの全波形を夫々読み出す
   読み出し手段と、音色変化パラメータに応じた比
   率で前記両波形記憶手段の出力を合成する補間手
   段とを具えた電子楽器における波形形成方法であ
   つて、 同一種類の自然楽器から互に異なる音色及び音
   量特性で発音された複数周期から成る２種類の原
   波形を準備すること、 準備された原波形の位相を操作して、相互の位
   相ずれを減縮する方向に位相修正し、結果とし
   て、複数周期から成る前記第１及び第２の波形を
   得ること、 上記で得た第１及び第２の波形を上記のように
   前記第１及び第２の波形記憶手段に予め記憶して
   おくこと、 前記読み出し手段によつて読み出された前記第
   １及び第２の波形記憶手段の出力を前記補間手段
   によつて合成することにより、前記第１及び第２
   の波形を前記音色変化パラメータに応じた比率で
   合成した波形信号を形成すること、 から成ることを特徴とする電子楽器における波形
   形成方法。 ２ 前記位相操作は、原波形の一方をフイルタ操
   作することにより原波形の他方に近似した波形を
   求めることであり、フイルタ操作の対象となつた
   一方の原波形を前記第１の波形とし、フイルタ操
   作によつて得られた波形を前記第２の波形とした
   特許請求の範囲第１項記載の電子楽器における粗
   形形成方法。 ３ 前記位相操作は、所定の位相区間毎に原波形
   の一方又は両方の位相を適量ずらすことにより各
   位相区間における両波形の位相が合致する方向に
   位相修正することであり、こうして相互の位相関
   係が修正された２波形を前記第１及び第２の波形
   とした特許請求の範囲第１項記載の電子楽器にお
   ける波形形成方法。 ４ 前記音色変化パラメータは、前記発音指示手
   段たる鍵盤で押圧された鍵に加えられたタツチの
   強度を示すものである特許請求の範囲第１項記載
   の電子楽器における波形形成方法。 ５ 前記音色変化パラメータは、前記発音指示手
   段で発音指示された楽音の音高又はその音域を示
   すものである特許請求の範囲第１項記載の電子楽
   器における波形形成方法。 ６ 楽音発生を指示するための発音指示手段と、
   第１の波形に関して、発音の立上り部から終了に
   至るまでの全波形又はその一部の複数周期波形を
   記憶した第１の波形記憶手段と、第２の波形に関
   して、発音の立上り部から終了に至るまでの全波
   形又はその一部の複数周期波形を記憶した第２の
   波形記憶手段と、前記発音指示手段の発音指示に
   応じて前記第１及び第２の波形記憶手段から発音
   開始から終了に至るまでの全波形を夫々読み出す
   読み出し手段と、前記第１の波形記憶手段の出力
   信号に対して前記第２の波形記憶手段の出力信号
   を音色変化パラメータに応じた比率で合成する補
   間手段とを具えた電子楽器における波形形成方法
   であつて、 同一種類の自然楽器から互に異なる音色及び音
   量特性で発音された複数周期から成る２種類の原
   波形を準備すること、 準備された原波形の位相を操作して、相互の位
   相ずれを減縮する方向に位相修正すること、 位相修正去れた原波形の一方と他方の差を各サ
   ンプル点毎に求め、結果として、両波形の差分波
   形を得ること、 位相修正された原波形の一方を前記第１の波形
   として上記のように前記第１の波形記憶手段に予
   め記憶しておくこと、 上記で得た差分波形を前記第２の波形として上
   記のように前記第２の波形記憶手段に予め記憶し
   ておくこと、 前記読み出し手段によつて読み出された前記第
   １及び第２の波形記憶手段の出力を前記補間手段
   によつて合成することにより、前記第１の波形に
   対して前記第２の波形を前記音色変化パラメータ
   に応じた比率で合成した波形信号を形成するこ
   と、 から成ることを特徴とする電子楽器における波形
   形成方法。 ７ 前記補間手段は、前記音色変化パラメータに
   応じたレベル係数を発生する手段と、このレベル
   係数に応じて前記第２の波形記憶手段の出力信号
   をレベル制御して前記第１の波形記憶手段の出力
   信号に加算又は減算する演算手段とを含むもので
   ある特許請求の範囲第６項記載の電子楽器におけ
   る波形形成方法。 ８ 前記補間手段は、前記音色変化パラメータに
   応じたレベル係数を発生する手段と、前記音色変
   化パラメータに応じたフイルタ特性パラメータを
   発生する手段と、前記第２の波形記憶手段の出力
   信号を前記フイルタ特性パラメータに応じた特性
   で制御するデイジタルフイルタと、前記デイジタ
   ルフイルタで制御されるべき又は制御された前記
   第２の波形記憶手段の出力信号を前記レベル係数
   に応じてレベル制御する手段と、フイルタ制御さ
   れかつレベル制御された前記第２の波形記憶手段
   の出力信号と前記第１の波形記憶手段の出力信号
   とを加算又は減算する演算手段とを含むものであ
   る特許請求の範囲第６項記載の電子楽器における
   波形形成方法。