JPH05265462A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力したい楽器の音高に対応する補間された
楽音波形値を１点算出するために、波形データを２個読
み出す必要があるという問題点を解決する。 【構成】 波形メモリ１１のデータ１ワードは、互いに
関連してビット数の変化する指数部と仮数部とからなる
差分データと波形データとの組み合わせからなり、モー
ド判定器１２において差分データ指数部から判定された
モード値にしたがって、ビット抽出器１３において差分
データ仮数部が抽出された後シフタ１４においてビット
シフトされ、またオフセット生成器１５においてオフセ
ットが出力されるが、それぞれの出力が加算器１６にお
いて加算され、加算結果は乗算器１７においてアドレス
小数部と乗算され、乗算結果は加算器１８において加算
されるので、１つの波形メモリからデータの読み出しを
１回行うだけで補間された楽音波形値を演算することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる電子楽器にお
いて波形を補間することにより音高を制御する楽音合成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の楽音合成装置では、出力したい音
高の楽音波形を得る方法として、波形メモリに記憶され
ている波形データの読みとばしのみを行って得る方法
や、読みとばしを行った後、波形データ間を補間するこ
とによって得る方法などがある。

【０００３】従来の楽音合成装置としては、例えば特公
昭５６−５２３１７号公報及び特公昭５３−３００１５
号公報に示されている。

【０００４】従来の楽音合成装置の構成を図５に示し、
その説明を行う。ここでは、出力したい音高の楽音波形
を得るために、波形メモリに記憶されている波形データ
を直線補間する例を示す。

【０００５】図５において、５１はアドレス整数部Ａi
とアドレス小数部Ａf とから形成されるアドレスを出力
するアドレス発生器である。５２は加算器で、アドレス
整数部Ａi を１だけインクリメントする。５３，５４は
同一の波形データが記憶されている波形メモリである。
５５は減算器で、波形メモリ５３，５４から読み出され
る波形データ間の減算を行う。５６は乗算器で、減算器
５５の出力と、アドレス小数部Ａf との乗算を行う。５
７は加算器で、波形メモリ５３の出力である波形データ
と、乗算器５６の出力との加算を行う。以上のように構
成された楽音合成装置について、以下その動作について
説明する。

【０００６】まず、アドレス発生器５１に出力したい楽
器の音高情報を入力すると、アドレス整数部Ａi とアド
レス小数部Ａf とから形成されるアドレスを出力する。
ここでアドレス発生器５１に入力される音高情報は、出
力したい楽器の音高に基づいて決定されるものであり、
音高Ｆ（Ｈｚ）、波形メモリ５３に記憶されている１周
期波形のサンプル数をＷＳ（サンプル）、予め定めたタ
イミング、すなわちサンプリング周波数をＦｓ（Ｈｚ）
としたとき、音高情報Ｓは、（数１）で表わされる。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、アドレス発生器５１の構成を図６
に示す。図６において、６１は加算器、６２はレジスタ
である。レジスタ６２はアドレスを格納するレジスタで
あり、格納領域を２０ビットとする。また、波形メモリ
に記憶する１周期波形のサンプル数ＷＳを１０２４とす
ると、図７に示すように、アドレス整数部Ａi は１０ビ
ットであり、従ってアドレス小数部Ａf は１０ビットと
なる。

【０００９】サンプリング周波数Ｆｓを３２ＫＨｚとし
た時のアドレス整数部Ａi の動きについて以下に説明す
る。

【００１０】音高情報Ｓが１の時、加算器６１によって
サンプリング周波数毎に音高情報１がレジスタ６２の内
容に加算されるので、今レジスタ６２に記憶されている
値が０とすると、アドレス整数部Ａi はアドレス０〜１
０２３までに記憶した波形データ１０２４点をアドレス
０，１，２，３，・・・の順に波形メモリ５３から読み
出すことになる。アドレス整数部Ａi は１０ビットであ
るので、アドレス整数部Ａi の値はアドレス１０２３を
越えると再びアドレス０から始まることになるので、結
局波形メモリ５３に記憶された波形データ１０２４点が
繰り返し出力されることになる。この時出力される音高
は（数１）を変形して得られるので３１．２５Ｈｚとな
る。

【００１１】同様にして、音高情報Ｓが２の時は、今レ
ジスタ６２に記憶されている値が０とすると、アドレス
整数部Ａi はアドレス０〜１０２３までに記憶した波形
データ１０２４点をアドレス０，２，４，６，・・・の
順に波形メモリ５３から読み出すことになり、その結果
６２.５ Ｈｚの音高を持つ音が得られる。音高情報Ｓが
１の時と２の時とでは１オクターブの関係にあり、その
１オクターブ内の他の音高を形成するために、音高情報
Ｓは小数値を取ることになる。音高情報Ｓの整数部を２
ビット、小数部を１０ビットとし、音高情報Ｓが１〜２
の値を取るとすると、３１.２５Ｈｚ〜６２.５Ｈｚのオ
クターブ内の音高を持つ音を形成することが可能とな
る。

【００１２】音高情報Ｓが１.５ の時、第１点目の波形
データとして波形メモリ５３から出力される波形データ
が、アドレス１、あるいはアドレス１.５ を四捨五入し
て得られるアドレス２に記憶された波形データが出力さ
れるとすると、その出力波形は歪が大きくなる。従っ
て、アドレス１.５ 相当の波形データを算出することに
より歪を低減することができる。このような演算につい
て直線補間する操作を以下に記述する。なお、波形メモ
リ５４は１周期波形のサンプル数が１０２４であり、波
形メモリ５３と同一のものである。

【００１３】このアドレス整数部Ａi に対応して波形メ
モリ５３の波形データが送り出されるが、一方、加算器
５２において１だけインクリメントされたアドレス整数
部（Ａi ＋１）に対応して波形メモリ５４の波形データ
が送り出される。波形メモリ５３，５４から出力される
波形データ間の差Δが減算器５５で求められ、減算器５
５出力Δと、アドレス小数部Ａf とが乗算器５６で乗算
される。その乗算結果を、加算器５７において、波形メ
モリ５３の出力である波形データＰに加えることによっ
て楽音波形の補間値が求められる。なお、波形メモリ５
３，５４は１つのメモリとして、波形データを１つのメ
モリから２回読み出すようにしてもよい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の従
来の構成では、出力したい楽器の音高に対応する補間さ
れた１つの楽音波形値を演算するために、波形データを
２個読み出さなければならず、そのために同一の波形メ
モリが２つ必要であるか、波形メモリが１つであっても
波形データの読み出しが２回必要であるという問題点を
有していた。

【００１５】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、波形データを１個読み出すだけで、出力したい楽器
の音高に対応する補間された楽音波形値を演算すること
のできる楽音合成装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本第１の発明の楽音合成装置は、出力したい楽器の音
高に対応して変化するアドレス整数部とアドレス小数部
とから形成されるアドレスを出力するアドレス発生器
と、互いに関連してビット数が変化する差分データ指数
部と差分データ仮数部とからなる予め定めたビット数ｎ
ビットの差分データとｍビットの波形データとを組み合
わせて予め定めたビット数（ｍ＋ｎ）ビットを１ワード
のデータとして記憶し、アドレス発生器から出力される
アドレス整数部に対応したデータを出力する波形メモリ
と、波形メモリから読み出されるデータの差分データ指
数部からモード値を判定するモード判定器と、波形メモ
リから読み出されるデータに対してモード判定器出力に
したがったビット数を持つ差分データ仮数部を抽出する
ビット抽出器と、モード判定器出力にしたがってビット
抽出器から出力される差分データ仮数部のビットシフト
を行うシフタと、モード判定器出力に対応して差分デー
タ仮数部と同一の正負の符号を持つオフセットを生成す
るオフセット生成器と、シフタ出力とオフセット生成器
出力とを加算し差分値を出力する第１の加算器と、第１
の加算器出力とアドレス発生器から出力されるアドレス
小数部とを乗算する乗算器と、乗算器出力と波形メモリ
から読み出されるデータの波形データとを加算する第２
の加算器とで構成している。

【００１７】また、本第２の発明の楽音合成装置は、出
力したい楽器の音高に対応して変化するアドレス整数部
とアドレス小数部とから形成されるアドレスを出力する
アドレス発生器と、互いに関連してビット数が変化する
差分データ指数部と差分データ仮数部とからなる変化す
るビット数ｎビットの差分データとｍビットの波形デー
タとを組み合わせて予め定めたビット数（ｍ＋ｎ）ビッ
トを１ワードのデータとして記憶し、アドレス発生器か
ら出力されるアドレス整数部に対応したデータを出力す
る波形メモリと、波形メモリから読み出されるデータの
差分データ指数部からモード値を判定するモード判定器
と、波形メモリから読み出されるデータに対してモード
判定器出力にしたがったビット数を持つ波形データを抽
出する第１のビット抽出器と、モード判定器出力にした
がって第１のビット抽出器から出力される波形データの
ビットシフトを行い波形値を出力する第１のシフタと、
波形メモリから読み出されるデータに対してモード判定
器出力にしたがったビット数を持つ差分データ仮数部を
抽出する第２のビット抽出器と、モード判定器出力にし
たがって第２のビット抽出器から出力される差分データ
仮数部のビットシフトを行う第２のシフタと、モード判
定器出力に対応して差分データ仮数部と同一の正負の符
号を持つオフセットを生成するオフセット生成器と、差
分データ仮数部のビットシフトを行う第２のシフタ出力
とオフセット生成器出力とを加算し差分値を出力する第
１の加算器と、第１の加算器出力とアドレス発生器から
出力されるアドレス小数部とを乗算する乗算器と、乗算
器出力と第１のシフタから出力される波形値とを加算す
る第２の加算器とで構成している。

【００１８】

【作用】第１の発明は上記した構成により、アドレス発
生器によって出力したい楽器の音高に対応して変化する
アドレス整数部とアドレス小数部とから形成されるアド
レスが出力され、それぞれ予め定められたビット数を持
つｍビットの波形データと対応するｎビットの差分デー
タとが１つずつ組み合わされた１ワード（ｍ＋ｎ）ビッ
トのデータがアドレス発生器から出力されるアドレス整
数部に対応して波形メモリから読み出される。ここで、
差分データは互いに関連してビット数の変化する差分デ
ータ指数部と差分データ仮数部とから構成されている。
モード判定器において波形メモリから読み出されるデー
タの差分データ指数部からモード値が判定されて出力さ
れ、ビット抽出器においてモード判定器から出力される
モード値にしたがったビット数を持つ差分データ仮数部
が波形メモリから読み出されるデータから抽出され、シ
フタにおいてモード判定器から出力されるモード値にし
たがってビット抽出器から出力される差分データ仮数部
のビットシフトが行われ、オフセット生成器においてモ
ード判定器から出力されるモード値に対応して差分デー
タ仮数部と同一の正負の符号を持つオフセットが生成さ
れ、加算器においてオフセット生成器出力とシフタ出力
とが加算されて差分値が出力され、差分値は乗算器にお
いてアドレス発生器から出力されるアドレス小数部と乗
算される。加算器において乗算器出力が波形メモリから
読み出されるデータの波形データと加算されるので補間
された楽音波形値が得られることとなる。

【００１９】第２の発明は上記した構成により、アドレ
ス発生器によって出力したい楽器の音高に対応して変化
するアドレス整数部とアドレス小数部とから形成される
アドレスが出力され、アドレス整数部に基づいて互いに
関連してビット数の変化するｍビットの波形データと対
応するｎビットの差分データとが１つずつ組み合わされ
た１ワード（ｍ＋ｎ）ビットのデータが波形メモリから
読み出される。ここで、差分データは互いに関連してビ
ット数の変化する差分データ指数部と差分データ仮数部
とから構成されている。モード判定器において波形メモ
リから読み出されるデータの差分データ指数部からモー
ド値が判定されて出力され、第１のビット抽出器におい
てモード判定器から出力されるモード値に対応するビッ
ト数を持つ波形データが波形メモリから読み出されるデ
ータから抽出され、第１のシフタにおいてモード判定器
から出力されるモード値にしたがってビット抽出器から
出力される波形データのビットシフトが行われ波形値が
出力される。一方、第２のビット抽出器においてモード
判定器から出力されるモード値に対応するビット数を持
つ差分データ仮数部が波形メモリから読み出されるデー
タから抽出され、第２のシフタにおいてモード判定器か
ら出力されるモード値にしたがってビット抽出器から出
力される差分データ仮数部のビットシフトが行われ、オ
フセット生成器においてモード判定器から出力されるモ
ード値に対応して差分データ仮数部と同一の正負の符号
を持つオフセットが生成され、そのオフセット生成器出
力と第２のシフタ出力とが加算器において加算されて差
分値が出力され、差分値は乗算器においてアドレス小数
部と乗算される。加算器において波形値と乗算器出力と
が加算されるので補間された楽音波形値が得られること
となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２１】図１は本発明第１の実施例における楽音合
成装置の構成を示すものである。図１において、１１は
波形メモリ、１２はモード判定器、１３はビット抽出
器、１４はシフタ、１５はオフセット生成器、１６は加
算器、１７は乗算器、１８は加算器である。なお、５１
はアドレス発生器で、これは従来例の構成と同じもので
ある。以上のように構成された本実施例の楽音合成装置
について、以下その動作について説明する。

【００２２】アドレス発生器５１の動作は従来例と同様
であり、アドレス発生器５１に出力したい楽器の音高情
報が入ると、アドレス整数部Ａi とアドレス小数部Ａf
とが分割して出力され、アドレス整数部Ａi は波形メモ
リ１１に、アドレス小数部Ａf は乗算器１７に送られ
る。

【００２３】波形メモリ１１は、アドレス整数部Ａi を
入力することにより、対応する波形メモリ内の波形デー
タｍビットと差分データｎビットとが組み合わされたデ
ータ（ｍ＋ｎ）ビットを出力する。

【００２４】一般に波形データのビット数としては、デ
ィジタルオーディオテープレコーダー（ＤＡＴ）やコン
パクトディスクプレーヤー（ＣＤ）といったディジタル
オーディオ製品では１６ビットがよく用いられている。
この１６ビットというビット数は、必ずしも人間の聞こ
えと一致するわけではなく、波形メモリとして使用する
半導体メモリの１データ、すなわち１ワードを構成する
単位が２のべき乗であることに起因している。この１ワ
ードに用いるビット数は、所望のＳ／Ｎに応じて変えら
れるべきであり、必ずしも２のべき乗である必要はな
く、より減らすことも可能であり、例えば１ワードを波
形データと、隣合う波形データとの差分データとを組み
合わせた構成とすることもできる。

【００２５】ここで、１ワードのビット数をＮw 、波形
データとして人間の聞こえ上必要なビット数をＮp （＜
Ｎw ）、隣合う波形データとの差分データに用いるビッ
ト数をＮd として、波形データと差分データとを共に固
定小数点表示で用い、波形メモリに記憶されている差分
データをそのまま実際の差分値として表わしたとすれ
ば、特に高調波成分の多く波形変化の大きな楽音（バイ
オリン，トランペットなど）ではＮd ＞Ｎw −Ｎp とな
ることが多くなる。そこで、差分値の大きなものはその
分解能を大きく、差分値の小さいものはその差分値を小
さくとるような浮動小数点表示を用いて、差分データ指
数部と差分データ仮数部とを設け、いくつかのモードで
分解能を制御することにより差分値のレンジを広くとる
ことができ、波形変化の大きい楽音に対応することがで
きる。

【００２６】一方、変化の小さい滑らかな波形をもつ楽
音（フルート，クラリネットなど）では分解能が大きく
なるような差分値の大きいモードをあまり必要としない
ので、分解能の小さいモードにおいて差分データ仮数部
のビット数を増やせば分解能の小さい差分値のレンジを
より広げることができ、小さく滑らかな波形変化を精度
よく取ることができる。すなわち、差分データを差分デ
ータ指数部と差分データ仮数部との組合せとし、差分値
の小さいときは差分データ仮数部になり差分値の大きい
ときは差分データ指数部となるようなビットを設けるこ
とで、差分データ指数部と差分データ仮数部とをモード
によって互いに関連してビット数を変えることにより、
楽音波形の小さな動きを精度よくとりながら、差分値の
レンジを広げることができる。

【００２７】それで、波形メモリ１１に記憶されるデー
タは、例えば図２に示したように、１ワード（ｍ＋ｎ）
＝１６ビットとした場合の構成を波形データｍ＝１０ビ
ット（Ｄ6〜Ｄ15） 、差分データｎ＝６ビット（Ｄ0〜
Ｄ5）とする。差分データ指数部として取り得る領域
（Ｄ4〜Ｄ5）を、モードが変わっても常に差分データ指
数部になる差分データ指数部固有ビット１ビット（Ｄ
5） と、モードによって差分データ指数部になったり差
分データ仮数部になったりする差分データ指数部仮数部
共用ビット１ビット（Ｄ4） とからなるものとする。そ
して、差分値のレンジの小さい方から３つのモードを設
け、Ｄ5 が０のときモード値を０、Ｄ5 が１かつＤ4 が
０のときモード値を１、Ｄ5 が１かつＤ4 が１のときモ
ード値を２とすると、差分データｎ＝６ビット（Ｄ0〜
Ｄ5）の構成は、モード値が０のとき、差分データ仮数
部５ビット（Ｄ0〜Ｄ4）、差分データ指数部１ビット
（Ｄ5） となり、モード値が１または２の時、差分デー
タ仮数部４ビット（Ｄ0〜Ｄ3）、差分データ指数部２ビ
ット（Ｄ4〜Ｄ5）となる。

【００２８】モード判定器１２は、波形メモリ１１から
送られてくるデータの差分データ指数部（Ｄ5 またはＤ
5〜Ｄ4）から、図２に示すような差分データ指数部に対
応するモード値を判定し出力する。ここで、Ｄ5 が０の
ときモード値は０と判定され、Ｄ5 が１のときでＤ4 が
０のときモード値は１、Ｄ5 が１のときでＤ4 が１のと
きモード値は２、とそれぞれ判定されるものとし、モー
ド判定器１２に入力されるデータのビット数は差分デー
タ指数部として取り得る最大領域２ビット（Ｄ4〜Ｄ5）
とする。

【００２９】ビット抽出器１３は、波形メモリ１１から
読み出されるデータ（Ｄ0〜Ｄ15）に対しモード値を入
力することにより対応する差分データ仮数部（モード値
が０のときＤ0〜Ｄ4、モード値が１または２のときＤ0
〜Ｄ3）のビット抽出を行う。ここで、ビット抽出器１
３に入力される波形メモリ１１から読み出されるデータ
のビット数は、差分データのビット数ｎすなわち６ビッ
ト（Ｄ0〜Ｄ5）とする。

【００３０】シフタ１４は、各々のモード値に対応する
シフト量（差分データ仮数部の分解能相当）に従ってビ
ット抽出器１３で得られた差分データ仮数部のビットシ
フトを行い出力する。

【００３１】オフセット生成器１５は、各々のモード値
に対応するオフセットの絶対値を、差分データ仮数部の
正負の符号（モード値が０のときＤ4 、モード値が１ま
たは２のときＤ3）に対応させた値に変換して出力す
る。

【００３２】加算器１６は、シフタ１４出力とオフセッ
ト生成器１５出力とを加算し、差分値Δを出力する。

【００３３】ここで、モード値が０のとき、差分データ
仮数部の分解能を１とするためシフタ１４におけるシフ
ト量を０ビット、オフセット生成器１５から出力される
オフセットを０とする。また、モード値が１のとき、差
分データ仮数部の分解能を２とするためシフタ１４にお
けるシフト量を１ビット、オフセット生成器１５から出
力されるオフセットを差分データ仮数部の正負の符号に
対応して１６あるいは−１６とする。また、モード値が
２のとき、差分データ仮数部の分解能を４とするためシ
フタ１４におけるシフト量を２ビット、オフセット生成
器１５から出力されるオフセットを差分データ仮数部の
正負の符号に対応して３２あるいは−３２とする。この
とき、波形データと差分データ仮数部とを２の補数とし
てビット抽出器１３，シフタ１４，オフセット生成器１
５，加算器１６における動作が２の補数対応でなされた
場合、各々のモードでの差分値のレンジは、モード値が
０のとき−１６〜１５（分解能１）、モード値が１のと
き−３２〜−１８及び１６〜３０（分解能２）、モード
値が２のとき−６４〜−３６及び３２〜６０（分解能
４）であり、全体として−６４〜６０（７ビット）のレ
ンジを取ることができるので、差分データ６ビットを固
定小数点表現（分解能１）としたときの差分値のレンジ
−３２〜３１（６ビット）に比べ広くなるとともに、モ
ード値が０における差分データ仮数部のビット数が４ビ
ットではなく５ビットであるために、−１６〜１５（５
ビット）まで分解能１で差分値をとることができる。

【００３４】乗算器１７は、加算器１６から出力される
整数値で表現される差分値Δ（７ビット）とアドレス小
数部Ａf （１０ビット）とを乗算するが、アドレス小数
部Ａf は１より小さな小数であるので、加算器１８にお
いて、波形メモリ１１から読み出されるデータの波形デ
ータ（ｍ＝１０ビット）をそのまま波形値Ｐとして、そ
の波形値Ｐ（１０ビット）と乗算器１７の乗算結果の上
位７ビットとを加算すれば、補間された楽音波形値（１
０ビット）が得られることとなる。

【００３５】なお、波形データ（ｍビット）と差分デー
タ（ｎビット）との１ワード（１６ビット）におけるビ
ット数の組合せを、ここでは予めｍ＝１０ビット，ｎ＝
６ビットとして定めたが、例えばｍ＝１１ビット，ｎ＝
５ビットの組合せやｍ＝９ビット，ｎ＝７ビットの組合
せとしてもよい。

【００３６】なお、ここでは差分データ指数部固有ビッ
トを１ビット、差分データ指数部仮数部共有ビットを１
ビットとし差分値のモードを３種類にしたが、そのいず
れかあるいは両方のビットを増やしてモードをより多く
設定し、差分値のレンジをより広くとることも可能であ
る。

【００３７】なお、ここでは差分データ指数部（Ｄ5 ま
たはＤ4〜Ｄ5）に対応してモード判定器で出力されるモ
ード値が０のとき、差分データ仮数部のシフト量を０、
オフセットを０、また、モード値が１のとき、差分デー
タ仮数部のシフト量を１、オフセットを差分データ仮数
部の正負の符号に対応して１６あるいは−１６、また、
モード値が２のとき、シフト量を２、オフセットを３２
あるいは−３２としたが、例えばそれぞれのモード値に
おけるシフト量及びオフセット量を１ビット大きく（２
倍）してもよく、その場合、差分値は−１２８〜１２０
（８ビット）のレンジを取ることができるようになる。

【００３８】以上のように本実施例によれば、波形メモ
リの１ワードを波形データ１０ビットと、隣合う波形デ
ータとの差分データ６ビットとを組み合わせた構成とし
たので、波形メモリの１ワード構成１６ビットを効率的
に使用することができる。また、差分データ６ビットを
互いに関連してビット数の１ビット変化する差分データ
指数部と差分データ仮数部とを組み合わせた構成とし
て、計３種類のモード（差分データ仮数部の分解能１ま
たは２または４）をとることによって、波形データ１０
ビットのレンジに対して、分解能が１の差分値のレンジ
を５ビットまで保ちながら全体の差分値のレンジを７ビ
ットまで広げることが可能となり、波形変化の小さな楽
音波形においては差分値を精度よく取れて、比較的波形
変化の大きな楽音波形に適用できるまで差分値のレンジ
を広げることができる。

【００３９】図３は本発明の第２の実施例における楽音
合成装置の構成を示すものである。図３において、３０
１は波形メモリ、３０２はモード判定器、３０３は第１
のビット抽出器、３０４は第１のシフタ、３０５は第２
のビット抽出器、３０６は第２のシフタ、３０７はオフ
セット生成器、３０８は加算器、３０９は乗算器、３１
０は加算器である。なお、５１はアドレス発生器で、従
来例の構成と同じものである。以上のように構成された
本実施例の楽音合成装置について、以下その動作につい
て説明する。

【００４０】アドレス発生器５１の動作は従来例と同様
であり、アドレス発生器５１に出力したい楽器の音高情
報が入ると、アドレス整数部Ａi とアドレス小数部Ａf
とが分割して出力され、アドレス整数部Ａi は波形メモ
リ３０１に、アドレス小数部Ａf は乗算器３０９に送ら
れる。

【００４１】波形メモリ３０１は、アドレス整数部Ａi
を入力することにより、対応する波形メモリ内の波形デ
ータｍビットと差分データｎビットとが組み合わされた
データ（ｍ＋ｎ）ビットを出力する。

【００４２】一般に波形データのビット数としては、デ
ィジタルオーディオテープレコーダー（ＤＡＴ）やコン
パクトディスクプレーヤー（ＣＤ）といったディジタル
オーディオ製品では１６ビットがよく用いられている。
この１６ビットというビット数は、必ずしも人間の聞こ
えと一致するわけではなく、波形メモリとして使用する
半導体メモリの１データ即ち１ワードを構成する単位が
２のべき乗であることに起因している。この１ワードに
用いる波形データのビット数は、所望のＳ／Ｎに応じて
変えられるべきであり、必ずしも２のべき乗である必要
はなく、より減らすことも可能であり、例えば１ワード
を波形データと、隣合う波形データとの差分データとを
組み合わせた構成とすることもできる。ここで、１ワー
ドのビット数をＮw 、波形データとして人間の聞こえ上
必要なビット数をＮp （＜Ｎw ）、隣合う波形データと
の差分データに用いるビット数をＮd として、波形デー
タと差分データとを共に固定小数点表示で用い、波形メ
モリに記憶されている差分データをそのまま実際の差分
値として表わしたとすれば、特に高調波成分の多く波形
変化の大きな楽音（バイオリン、トランペットなど）で
はＮd ＞Ｎw −Ｎpとなることが多くなる。そこで、差
分値の大きなものはその分解能を大きく、差分値の小さ
いものはその差分値を小さくとるような浮動小数点表示
を用いて、差分データ仮数部と差分データ指数部とを設
け、いくつかのモードで分解能を制御することにより差
分値のレンジを広くとることができる。

【００４３】ところで、楽器波形は、（１）発音開始時
の波形変化の特に大きな部分（過渡部）と、（２）過渡
部の後に持続する波形変化の比較的小さな部分（定常
部）との２つの部分に大別できる。定常部における波形
変化の大小に対応する差分値のレンジを浮動小数点表示
で取ることのできるようにビット数を定めても、波形変
化が特に大きい過渡部における差分値のレンジまでは対
応できなくなる。そこで、差分値のレンジによって波形
データになったり、差分データ指数部になったりするビ
ットを設け、差分値が特に大きいときはそのビットを差
分データ指数部として差分データ指数部全体としてのビ
ット数を増加させるモードを設定することにより、すな
わち波形データと差分データとをモードによって互いに
関連してビット数を変化させることにより、波形変化が
特に大きな過渡部などにおける大きな差分値にまで適用
できるようになる。

【００４４】一方、変化の小さい滑らかな波形をもつ楽
音（フルート，クラリネットなど）では分解能が大きく
なるような差分値の大きいモードをあまり必要とせず、
むしろ小さく滑らかな波形変化を精度よく取るために、
分解能の小さいモードにおいて差分データ仮数部のビッ
ト数を増やせば分解能の小さい差分値のレンジをより広
げることができる。そのためには、差分データ指数部と
差分データ仮数部とをモードによって互いに関連してビ
ット数を変えて、差分値の小さいときに差分データ仮数
部のビット数を増加させることにより、波形の小さな動
きを精度よく取ることができる。

【００４５】それで、波形メモリ３０１に記憶されるデ
ータの１ワード１６ビットとした場合の構成例を図４に
示す。差分データ指数部として取り得る領域（Ｄ4〜Ｄ
5）を、モードが変わっても常に差分データ指数部にな
る差分データ指数部固有ビット１ビット（Ｄ5） と、モ
ードによって差分データ指数部になったり差分データ仮
数部になったりする差分データ指数部仮数部共用ビット
１ビット（Ｄ4） と、モードによって波形データになっ
たり差分データ指数部になったりする波形データ差分デ
ータ指数部共用ビット１ビット（Ｄ6） からなるものと
する。そして、差分値のレンジの小さい方から４つのモ
ードを設け、Ｄ5 が０のときモード値を０、Ｄ5 が１か
つＤ4 が０のときモード値を１、Ｄ5 が１かつＤ4 が１
かつＤ6 が０のときモード値を２、Ｄ5 が１かつＤ4 が
１かつＤ6 が１のときモード値を３とすると、それぞれ
のモードでの１ワード（ｍ＋ｎ）＝１６ビットの構成
は、モード値が０のとき、差分データ仮数部５ビット
（Ｄ0〜Ｄ4）、差分データ指数部１ビット（Ｄ5） とな
り差分データｎ＝６ビット（Ｄ0〜Ｄ5）、そして波形デ
ータｍ＝１０ビット（Ｄ6〜Ｄ15） の組合せとなる。ま
た、モード値が１のとき、差分データ仮数部４ビット
（Ｄ0〜Ｄ3）、差分データ指数部２ビット（Ｄ4〜Ｄ5）
となり差分データｎ＝６ビット（Ｄ0〜Ｄ5）、そして波
形データｍ＝１０ビット（Ｄ6〜Ｄ15）の組合せとな
る。また、モード値が２または３のとき、差分データ仮
数部４ビット（Ｄ0〜Ｄ3）、差分データ指数部３ビット
（Ｄ4〜Ｄ6）となり差分データｎ＝７ビット（Ｄ0〜Ｄ
6）、そして波形データｍ＝９ビット（Ｄ7〜Ｄ15） の
組合せとなる。

【００４６】モード判定器３０２は、波形メモリ３０１
から送られてくるデータの差分データ指数部（Ｄ5 また
はＤ4〜Ｄ5またはＤ4〜Ｄ6）から、図４に示すような差
分データ指数部に対応するモード値を判定し出力する。
ここで、Ｄ5 が０のときモード値は０と判定され、Ｄ5
が１のときでＤ4 が０の時モード値は１、Ｄ5 が１のと
きでＤ4 が１のときでＤ6 が０のときモード値は２、Ｄ
5 が１のときでＤ4 が１のときでＤ6 が１のときモード
値は３、をそれぞれ判定するものとし、モード判定器３
０２に入力されるデータのビット数は差分データ指数部
として取り得る最大領域３ビット（Ｄ4〜Ｄ6）とする。

【００４７】ビット抽出器３０３は、波形メモリ３０１
から読み出されるデータ（Ｄ0〜Ｄ15） に対してモード
値を入力することにより、対応する波形データ（モード
値が０または１のときＤ6〜Ｄ15、 モード値が２または
３のときＤ7〜Ｄ15）のビット抽出を行う。ここで、ビ
ット抽出器３０３に入力する波形メモリ３０１から読み
出されるデータのビット数は、波形データとしてとり得
る領域１０ビット（Ｄ6〜Ｄ15） とする。

【００４８】シフタ３０４は、各々のモード値に対応す
るシフト量に従ってビット抽出器３０３で得られた波形
データのビットシフトを行い、波形値Ｐとして出力す
る。ここで、モード値が０または１のときシフト量は
０、モード値が２または３のときシフト量は１とするの
で、波形値Ｐは１０ビットとして出力される。

【００４９】ビット抽出器３０５は、波形メモリ３０１
から読み出されるデータ（Ｄ0〜Ｄ15） に対してモード
値を入力することにより、対応する差分データ仮数部
（モード値が０のときＤ0〜Ｄ4、モード値が１または２
または３のときＤ0〜Ｄ3）のビット抽出を行う。ここ
で、ビット抽出器３０５に入力する波形メモリ３０１か
ら読み出されるデータのビット数は、波形データのとり
得る領域を除いた領域６ビット（Ｄ0〜Ｄ5）とした。

【００５０】シフタ３０６は、各々のモード値に対応す
るシフト量（差分データ仮数部の分解能相当）に従って
ビット抽出器３０５で得られた差分データ仮数部のビッ
トシフトを行い出力する。

【００５１】オフセット生成器３０７は、各々のモード
値に対応するオフセットの絶対値を、差分データ仮数部
の正負の符号（モード値が０のときＤ4 、モード値が１
または２または３のときＤ3）に対応させた値に変換し
て出力する。

【００５２】加算器３０８は、シフタ３０６出力とオフ
セット生成器３０７出力とを加算し、差分値Δを出力す
る。

【００５３】ここで、モード値が０のとき、差分データ
仮数部の分解能を１とするためシフタ３０６におけるシ
フト量を０ビット、オフセット生成器３０７から出力さ
れるオフセットを０とする。また、モード値が１のと
き、差分データ仮数部の分解能を２とするためシフタ３
０６におけるシフト量を１ビット、オフセット生成器３
０７から出力されるオフセットを差分データ仮数部の正
負の符号に対応して１６あるいは−１６とする。また、
モード値が２のとき、差分データ仮数部の分解能を４と
するためシフタ３０６におけるシフト量を２ビット、オ
フセット生成器３０７から出力されるオフセットを差分
データ仮数部の正負の符号に対応して３２あるいは−３
２とする。また、モード値が３のとき、差分データ仮数
部の分解能を８とするためシフタ３０６におけるシフト
量を３ビット、オフセット生成器３０７から出力される
オフセットを差分データ仮数部の正負の符号に対応して
６４あるいは−６４とする。このとき、波形データと差
分データ仮数部が２の補数形式で表現されビット抽出器
３０３，シフタ３０６，オフセット生成器３０７，加算
器３０８における動作が２の補数対応でなされた場合、
各々のモードでの差分値のレンジは、モード値が０のと
き−１６〜１５（分解能１）、モード値が１のとき−３
２〜−１８及び１６〜３０（分解能２）、モード値が２
のとき−６４〜−３６及び３２〜６０（分解能４）、モ
ード値が３のとき−７２〜−１２８及び６４〜１２０
（分解能８）であり、全体として−１２８〜１２０（８
ビット）のレンジを取ることができるので、差分データ
６ビットを固定小数点表現（分解能１）としたときの差
分値のレンジ−３２〜３１（６ビット）に比べはるかに
広くなるとともに、モード値が０における差分データ仮
数部のビット数が４ビットではなく５ビットであるため
に、−１６〜１５（５ビット）まで分解能１で差分値を
とることができる。

【００５４】乗算器３０９は、加算器３０８から出力さ
れる整数値で表現される差分値Δ（８ビット）とアドレ
ス小数部Ａf （１０ビット）とを乗算するが、アドレス
小数部Ａf は１より小さな小数であるので、加算器３１
０において、乗算器３０９の乗算結果の上位８ビット
と、シフタ３０４から送られてくる波形値Ｐ（１０ビッ
ト）とを加算すれば、補間された楽音波形値（１０ビッ
ト）が得られることとなる。

【００５５】なお、ここでは差分データ指数部固有ビッ
トを１ビット、差分データ指数部仮数部共有ビットを１
ビット、波形データ差分データ指数部共用ビットを１ビ
ットとし差分値のモードを４種類にしたが、そのいずれ
かあるいは複数のビットを増やしてモードをより多く設
定し、差分値のレンジをより広くとることも可能であ
る。

【００５６】なお、ここでは差分データ指数部（Ｄ5 ま
たはＤ4〜Ｄ5またはＤ4〜Ｄ6）に対応してモード判定器
で出力されるモード値が０のとき、差分データ仮数部の
シフト量を０、オフセットを０、また、モード値が１の
とき、差分データ仮数部のシフト量を１、オフセットを
差分データ仮数部の正負の符号に対応して１６あるいは
−１６、また、モード値が２のとき、シフト量を２、オ
フセットを３２あるいは−３２、また、モード値が３の
とき、シフト量を３、オフセットを６４あるいは−６４
としたが、例えばそれぞれのモード値におけるシフト量
及びオフセット量を１ビット大きく（２倍）してもよ
く、その場合、差分値は−２５６〜２４０（９ビット）
のレンジを取ることができるようになる。

【００５７】なお、ここではビット抽出器３０３を、波
形メモリ３０１から読み出されるデータの１０ビット
（Ｄ6〜Ｄ15） を入力し、波形データとしてモード値に
したがった１０ビット（Ｄ6〜Ｄ15） または９ビット
（Ｄ7〜Ｄ15） を抽出し出力するものとし、また、ビッ
ト抽出器３０５を、波形メモリ３０１から読み出される
データの６ビット（Ｄ0〜Ｄ5）を入力し、差分データ仮
数部としてモード値にしたがった５ビット（Ｄ0〜4）
または４ビット（Ｄ0〜Ｄ3） を抽出し出力する構成と
したが、例えば、ビット抽出器３０３，３０４の入力
を、ともに波形メモリ３０１から読み出されるデータ１
６ビット（Ｄ0〜Ｄ15）として、それぞれ実施例と同じ
出力を得るような構成にすることも可能である。

【００５８】以上のように本実施例によれば、波形メモ
リの１ワードを、波形データが１０ビットのとき隣合う
波形データを６ビットとし、波形データが９ビットのと
き隣合う差分データを７ビットとして組み合わせた構成
としたので、波形メモリの１ワード構成１６ビットを効
率的に使用することができる。また、波形データ１０ビ
ットと差分データ６ビットの組合せの時差分データ指数
部と差分データ仮数部とのビット数を互いに関連して１
ビット変化させて２つのモード（差分データ仮数部の分
解能１または２）を設定し、また、波形データと差分デ
ータのビット数を互いに関連して１ビット変化させて波
形データ９ビットと差分データ７ビットの組合せとした
とき２つのモード（差分データ仮数部の分解能４または
８）を設定して、計４種類のモードをとることによっ
て、波形データ１０ビットのレンジに対して、分解能が
１の差分値のレンジを５ビットまで保ちながら全体の差
分値のレンジを８ビットまで広げることが可能となり、
波形変化の小さな楽音波形においてはその波形変化すな
わち差分値を精度よく取れて、過渡部などの波形変化の
かなり大きなものに適用できるまで差分値のレンジを広
く取ることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明は、波形メモリのデ
ータ１ワードを波形データと対応する差分データとを１
つずつ組み合わせた構成とすることによって、波形メモ
リからデータの読み出しを１回行うだけで補間された楽
音波形値を演算することができるとともに、差分データ
を浮動小数点表示として仮数部と指数部を設けることに
よって差分値のレンジを広くとることができるために、
波形変化の大きな楽音に対しても補間された楽音波形値
を演算することが可能となり、その実用上優れた効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図２】同第１の実施例における波形メモリに記憶され
ている波形データ１ワードのビット構成図

【図３】本発明の第２の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図４】同第２の実施例における波形メモリに記憶され
ている波形データ１ワードのビット構成図

【図５】従来の楽音合成装置の構成を示すブロック図

【図６】同従来例におけるアドレス発生器の構成を示す
ブロック図

【図７】同従来例におけるアドレスのビット構成図

【符号の説明】

１１，３０１ 波形メモリ １２，３０２ モード判定器 １３，３０３，３０５ ビット抽出器 １４，３０４，３０６ シフタ １５，３０７ オフセット生成器 １６，１８，３０８，３１０ 加算器 １７，３０９ 乗算器 ５１ アドレス発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 雅浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田中 温子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力したい楽器の音高に対応して変化す
   るアドレス整数部とアドレス小数部とから形成されるア
   ドレスを出力するアドレス発生器と、 互いに関連してビット数が変化する差分データ指数部と
   差分データ仮数部とからなる予め定めたビット数ｎビッ
   トの差分データとｍビットの波形データとを組み合わせ
   て予め定めたビット数（ｍ＋ｎ）ビットを１ワードのデ
   ータとして記憶し、前記アドレス発生器から出力される
   前記アドレス整数部に対応したデータを出力する波形メ
   モリと、 前記波形メモリから読み出されるデータの差分データ指
   数部からモード値を判定するモード判定器と、 前記波形メモリから読み出されるデータに対して前記モ
   ード判定器出力にしたがったビット数を持つ前記差分デ
   ータ仮数部を抽出するビット抽出器と、 前記モード判定器出力にしたがって前記ビット抽出器か
   ら出力される前記差分データ仮数部のビットシフトを行
   うシフタと、 前記モード判定器出力に対応して前記差分データ仮数部
   と同一の正負の符号を持つオフセットを生成するオフセ
   ット生成器と、 前記シフタ出力と前記オフセット生成器出力とを加算し
   差分値を出力する第１の加算器と、 前記第１の加算器出力と前記アドレス発生器から出力さ
   れる前記アドレス小数部とを乗算する乗算器と、 前記乗算器出力と前記波形メモリから読み出されるデー
   タの波形データとを加算する第２の加算器とを備えたこ
   とを特徴とする楽音合成装置。
2. 【請求項２】 出力したい楽器の音高に対応して変化す
   るアドレス整数部とアドレス小数部とから形成されるア
   ドレスを出力するアドレス発生器と、 互いに関連してビット数が変化する差分データ指数部と
   差分データ仮数部とからなる変化するビット数ｎビット
   の差分データとｍビットの波形データとを組み合わせて
   予め定めたビット数（ｍ＋ｎ）ビットを１ワードのデー
   タとして記憶し、前記アドレス発生器から出力される前
   記アドレス整数部に対応したデータを出力する波形メモ
   リと、 前記波形メモリから読み出されるデータの差分データ指
   数部からモード値を判定するモード判定器と、 前記波形メモリから読み出されるデータに対して前記モ
   ード判定器出力にしたがったビット数を持つ前記波形デ
   ータを抽出する第一のビット抽出器と、 前記モード判定器出力にしたがって前記第一のビット抽
   出器から出力される前記波形データのビットシフトを行
   い波形値を出力する第１のシフタと、 前記波形メモリから読み出されるデータに対して前記モ
   ード判定器出力にしたがったビット数を持つ前記差分デ
   ータ仮数部を抽出する第２のビット抽出器と、 前記モード判定器出力にしたがって前記第２のビット抽
   出器から出力される前記差分データ仮数部のビットシフ
   トを行う第２のシフタと、 前記モード判定器出力に対応して前記差分データ仮数部
   と同一の正負の符号を持つオフセットを生成するオフセ
   ット生成器と、 前記第２のシフタ出力と前記オフセット生成器出力とを
   加算し差分値を出力する第１の加算器と、 前記第１の加算器出力と前記アドレス発生器から出力さ
   れるアドレス小数部とを乗算する乗算器と、 前記乗算器出力と前記第１のシフタ出力とを加算する第
   ２の加算器とを備え、 前記波形データと対応する前記差分データとは互いに関
   連してビット数が変化することを特徴とする楽音合成装
   置。