JPH06180588A - 電子楽器 - Google Patents

電子楽器

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JPH06180588A
JPH06180588A JP3133266A JP13326691A JPH06180588A JP H06180588 A JPH06180588 A JP H06180588A JP 3133266 A JP3133266 A JP 3133266A JP 13326691 A JP13326691 A JP 13326691A JP H06180588 A JPH06180588 A JP H06180588A
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tone
conversion
mode
sine wave
synthesis
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JP3133266A
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English (en)
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Doitsuchie Rarufu
ラルフ・ドイッチェ
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Kawai Musical Instruments Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Kawai Musical Instruments Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H7/00—Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs
    • G10H7/02—Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs in which amplitudes at successive sample points of a tone waveform are stored in one or more memories
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 正弦波を重畳して楽音を合成する正弦波合成
モードと非線形変換による非線形変換合成モードとを各
々選択し、種々の楽音合成を行う。 【構成】 正弦波を重畳し楽音を合成する正弦波合成モ
ードと非線形変換合成モードとを各々選択的に指示する
モード選択手段と、該手段に応答する正弦波関数発生手
段と、発生される楽音特性を決定する高調波係数記憶手
段と、アドレスとしての入力データに対する出力データ
が非線形特性となる変換データが記憶された変換メモリ
手段と、モード選択手段に応答して発生された正弦波関
数をスケールして、変換メモリへのアドレスとしての入
力データを発生するスケーラ手段とを具え、モード選択
手段がサイン合成モードを指示する場合は高調波係数に
基づいた正弦波合成がなされ、モード選択手段が非線形
変換合成モードを指示する場合はスケーラ手段の出力を
変換メモリ手段で非線形変換する非線形変換合成がなさ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、広い意味では電子楽音発生器の
分野に関するものであり、特にラウドネス信号をして発
生した楽音のスペクトル内容を制御させるための装置に
関する。
【０００２】特に本発明は、正弦波を重畳して楽音を合
成する正弦波合成モードと非線形変換によつて楽音を合
成する非線形変換合成モードとを各々選択的に指示する
モード選択手段（スイツチＳ１，Ｓ２）と、前記モード
選択手段に応答し正弦波関数を発生する正弦波関数発生
手段（２３，２１，２２，２０，１９，１６）と、発生
される楽音特性を決定するための高調波係数を記憶する
高調波係数記憶手段（２７）と、アドレスとしての入力
データに対する出力データが非線形特性となる変換デー
タが記憶された変換メモリ手段（１０２）と、前記モー
ド選択手段に応答して発生された正弦波関数をスケール
して、前記変換メモリへのアドレスとしての入力データ
を発生するスケーラ手段（１０１）とを具え、前記モー
ド選択手段がサイン合成モードを指示する場合は前記高
調波係数に基づいた正弦波合成がなされ、前記モード選
択手段が非線形変換合成モードを指示する場合は前記ス
ケーラ手段の出力を前記変換メモリ手段で非線形変換す
る非線形変換合成がなされるように制御することを特徴
とする電子楽器に関する。
【０００３】電子楽器設計において表現しにくい目標
は、従来の音響効果のあるオーケストラの楽器音を現実
的にまねる能力である。最も良い結果は、空気を吹きこ
むパイプオルガンやハープシコードをまねた電子楽器の
場合に得られている。これらの楽器の場合にすぐれた模
倣結果が得られる主な理由は、これらの楽器が本質的に
は機械的楽音発生器であるからである。楽音発生は自動
的であり、音楽家は、オン−オフスイツチを作動させる
だけでよい。これら２種類の楽器を注目すべき例外とす
ると、他の殆んどすべての楽器の楽音特性は、音楽家が
有する一定の技術の関数(function)である。
【０００４】従来のオルガンの音を注目すべき例外とす
ると、楽器から発する殆んどすべての楽音は、時間的に
変化する楽音スペクトルを示すことは古くから認識され
ている。特徴的な時間的に変化するスペクトルの認識
は、“スライド型フオルマント”および“ＦＭシンセサ
イザ”の一般的な名称で知られているような電子楽音発
生システムの開発に動機を与えたスライド型フオルマン
ト楽音発生器は、減算（法）合成(substractive synthe
sis)とも呼ばれる１群の発生器を構成する。減算（法）
合成においては、基音源は所望する楽音スペクトル成分
以上を発生させ、所望しないスペクトル成分は何らかの
種類の周波数フイルタによつて減衰されるか、又はろ波
される。ＦＭシンセサイザは加算（法）合成であつて、
そこではＦＭ（周波数変調）は、簡単な単一の周波数正
弦波時間関数からなることがしばしばある楽音源信号に
成分を加算するのに用いられる。
【０００５】スライド型フオルマント又はＦＭシンセサ
イザのような合成技術を用いて、電子装置で音を変化さ
せないオーケストラ用楽器をまねることは試行錯誤によ
つて行われてきている。何らかの特定の楽器に“近い”
又はそれに似ていると判断される出力楽音が出るまで、
多数の楽音制御装置およびＡＤＳＲエンベロープ制御装
置を調節する。これらの技術は、選択した楽器からの楽
音を先ず分析し、ついで楽音発生器の分析モデルを作
り、最後に分析モデルで実験的にえられたパラメータを
用いてもとの音によく似た楽音を合成するといつたよう
な比較的に学理的な方法では決してない。
【０００６】楽器音を分析し、モデルをつくり、合成す
るという学理的方法は、少数の比較的に分離された場合
を除くと現在のところ成功していないことから判断して
容易には実施されないことは明白である。問題の一部
は、音楽家が楽器を効果的に演奏する場合に出る楽音構
造の多くの微妙な点を十分に作ることができないことに
ある。音楽家は、一定の音符に対する楽音構造が楽音の
ラウドネスとともに変化するという技術を一般に用い
る。反復される音符は違つたラウドネスと楽音構造で奏
せられ、この微妙な差異が大部分の電子楽音発生器によ
り発生される機械的反復音を除去する。どんなに上手な
演奏家でも、一定の音を全く同じ楽音スペクトルでくり
返すことはできない。一般的にいつて、楽音のラウドネ
スレベルが高くなるにつれて、その楽音スペクトルは、
より高い高調波の数と強さが増大する。非常にやわらか
な楽音は、少数の高調波しか有しない楽音に近づく傾向
がある。
【０００７】オーケストラ用楽器の音に非常によく似た
音を合成しようとする場合に遭遇する問題の多くは、人
間の言語をまねようとする言語シンセサイザを実施する
場合に出会う問題と似ている。一般的な種類の言語シン
セサイザにおいては、パルス状反復波形が基本的音源の
１つとして用いられる。この音源は時間的に変化するシ
ステム制御パラメータに応答して線型および非線型シス
テム変換で修正され、最終的結果として人間の言語を模
倣する。
【０００８】楽音発生における非線型システム変換の応
用は、コンピユータ音楽雑誌(Computer Music Journal)
第３巻第２号３５〜４２頁（１９７９年）に掲載された
ボーチヤンプＪ．の技術論文“非線型関数を用いたスペ
クトルエボリユーシヨンマツチングによる金管楽器音合
成(Brass Tone Synthesis by Spectrum Evolution Matc
hing with nonlinear Functions)" に述べられている。
【０００９】図８に本発明が適用できる一つの“複音シ
ンセサイザ”と題する米国特許第4,085,644 号（特開昭
52-27621）の主の回路図を示し、以下に概要を述べる。
【００１０】米国特許第4,085,644 号（特開昭52-2762
1）は、離散的フーリエ変換アルゴリズムを実施するこ
とによつて楽音波形を合成する複音発生システムを指向
する。
【００１１】複音シンセサイザは楽器鍵盤スイツチ12の
アレイを含む。一つ又は複数の鍵盤スイツチがスイツチ
状態を変えて作動されると("オン”のスイツチ位置にな
ると）、音調（ノート）検出・割り当て装置１４は作動
された状態に状態を変えた検出された鍵盤スイツチを符
号化し、その作動された鍵スイツチに対する対応する鍵
情報を記憶する。音調検出・割り当て装置１４が発生さ
せた情報を用いて楽音発生器が各作動された鍵スイツチ
に割当てられる。
【００１２】音調検出・割り当て装置サブシステムの適
当な構成が米国特許第4,022,098 号に記述されている。
【００１３】一つ又は複数の鍵スイツチが作動される
と、実行制御回路１６は反復する一連の計算サイクルを
開始する。各計算サイクルの期間中に主データセツトが
計算される。主データセツトの６４データ語は楽音のオ
ーデイオ波形１サイクルの等間隔に置かれた６４の点の
振幅に対応する。一般原則として、オーデイオトーンス
ペクトルの最大高調波は１つの完全な波形周期のデータ
点数の１／２にすぎない。従つて、６４データ語を含む
主データセツトは最高３２の高調波を有する楽音波形に
対応する。
【００１４】一方では作動された鍵スイツチを鍵盤上で
作動したまゝにしておいて、又は押鍵したまゝにしてお
いて、反復する一連の計算サイクルの間に主データセツ
トを連続的に再計算して記憶し、このデータを音調シフ
トレジスタにロード（負荷）できるようにすることが望
ましい。各楽音発生器に対応づけられた１つの音調シフ
トレジスタがある。
【００１５】各計算サイクルの開始時に高調波カウンタ
２０はその最小カウント状態又は零カウント状態に初期
設定される。語カウンタ１９が実行制御回路１６によつ
て増分されて、そのモジユロカウンテイング実施の故に
その最小カウント状態又は零カウント状態に戻る度毎
に、実行制御回路１６は信号を発生させ、この信号が高
調波カウンタ２０のカウント状態を増分させる。語カウ
ンタ１９は主データセツトを構成するデータ語数である
６４をモジユロとしてカウントするように実施されてい
る。高調波カウンタ２０はモジユロ３２をカウントする
ように実施されている。この数は６４データ語を含む主
データセツトと一致する最大高調波数に対応する。
【００１６】各計算サイクルの開始時に、加算器−アキ
ユムレータ２１のアキユムレータは実行制御回路１６に
よつて零値に初期設定される。語カウンタ１９が増分さ
れる度毎に、加算器−アキユムレータ２１は高調波カウ
ンタ２０の現在のカウント状態をアキユムレータに含ま
れる合計に加算される。この加算はモジユロ６４として
実施される。
【００１７】加算器−アキユムレータ２１のアキユムレ
ータの内容は正弦波関数テーブル２４から三角関数正弦
波関数値をアクセスするためにメモリアドレスデコーダ
２３により用いられる。正弦波関数テーブル２４はＤの
間隔で０≦φ≦６４に対する三角関数ｓｉｎ（２πφ／
６４）の値を記憶する固定メモリとして実施するのが有
利である。Ｄはテーブル分解定数である。
【００１８】メモリアドレスデコーダ２５は高調波カウ
ンタ２０のカウント状態に応答して高調波係数メモリ２
６並びに２７に記憶されている高調波係数を読出す。
【００１９】乗算器２８は正弦波関数テーブル２４から
読出された三角関数値と、高調波係数メモリ２６並びに
２７から読出された高調波係数の値との積を生じさせ
る。乗算器２８によつて作られた発生した積値は１入力
として加算器３３に与えられる。
【００２０】主レジスタ３４の内容は各計算サイクルの
開始時に零値に初期設定される。語カウンタ１９が増分
される度毎に、クロツク選択器４２によつて選択された
主クロツク１５に応じて、語カウンタ１９のカウント状
態に対応するアドレスにおける主レジスタ３４の内容が
読出され、１入力として加算器３３に与えられる。加算
器３３への入力の合計は、語カウンタ１９のカウント状
態に等しい、又は対応するメモリ位置において主レジス
タ３４に記憶される。語カウンタ１９が１サイクル６４
カウントの完全な３２カウントサイクルだけ循環する
と、主レジスタは乗算器２８へ与えられた１セツトの高
調波係数によつて決定されるスペクトル関数を有する楽
音波形の完全な１周期を含む主データセツトを含む。
【００２１】楽音発生器には楽音発生器に対応づけられ
た音調シフトレジスタ３５，３６と音調クロツク３７，
３８とＤ−Ａ変換器４７，４８が各々ある。
【００２２】反復する一連の計算サイクル中の各計算サ
イクルに引き続いて、データ転送サイクルが開始され実
行される、転送サイクルの間に、クロツク選択器４２に
よつて選択された音調クロツクに応じて、主レジスタ３
４に記憶されている主データセツトがコピーされ１セツ
トの音調シフトレジスタ３５，３６に記憶される。
【００２３】音調シフトレジスタ３５，３６の各々の記
憶された主データセツトは、楽音発生器に含まれている
楽音発生器の各々に対応づけられている音調クロツク３
７，３８によつて与えられるタイミング信号に応答して
逐次反復して読出される。
【００２４】音調シフトレジスタ３５，３６から読出さ
れたデータはＤ−Ａ変換器４７，４８によつてアナログ
信号に変換される。その結果えられるアナログ信号は音
響システム１１によつて可聴楽音に変えられる。音響シ
ステム１１は可聴音を発生させるため従来の増幅器とス
ピーカの組合せを含む。
【００２５】このように、米国特許第4,085,644 号（特
開昭52-27621）に記載されている種類の複音シンセサイ
ザにおいては、計算サイクルおよびデータ転送サイクル
が反復的に、且つ独立して実施され、楽音波形に変換さ
れるデータを与える。楽音発生器は、モードスイツチの
動作により選択される２つのモードのうちのいずれのモ
ードでも動作させることができる。第１モードにおいて
は、参考のため述べた特許に説明されている動作に対応
して、計算サイクルが実施され、このサイクルの期間中
に、予め選択された楽音を特徴づける１組の記憶された
高調波係数を用いて離散的フーリエ演算を実施すること
によつて主データセツトがつくり出される。この計算
は、どの楽音周波数とも同期しない高速度で行われるで
あろう。高調波係数およびフーリエ演算によつて要求さ
れる直交関数はデジタル形で記憶され、計算はデジタル
的に行われることが望ましい。計算サイクルの終りに、
主データセツトは主レジスタに記憶される。
【００２６】第１モードにおけるシステムに対する計算
サイクルに続いて転送サイクルが開始されるが、この転
送サイクルの間に主データセツトが多数の音調レジスタ
のうちの予め選択されたレジスタへ転送される。楽音発
生は、計算サイクルおよび転送サイクルの期間中中断す
ることなく続く。
【００２７】本発明は、主データセツトを発生させるた
めの改良された配置を指向する。本発明により、入力ス
ペクトル制御信号に応答して変化するスペクトル内容を
有する主データセツトを計算するため第２のモードが実
施される。この第２モードにおいては、予め選択された
一組のデータ点を含む変換メモリからデータ値をアドレ
スするために正弦波関数が用いられる。この正弦波関数
は入力スペクトル制御信号によつてその大きさ(magnitu
de）がスケールされ、それによつて変換メモリ内容の可
変サブセツトを読出させ主レジスタに記憶されるように
する。
【００２８】第２モードにおけるシステムに対する計算
サイクルに続いて転送サイクルが始まり、この転送サイ
クルにおいては、先ず主データセツトが零平均値を有す
るように調節されてから、多数の音調レジスタのうちの
選択されたレジスタへ転送される。
【００２９】本発明の応用は、音調ＡＤＳＲ（アタツク
／デイケイ／サステイン／レリーズ）エンベロープ関数
のような制御信号に応答して時間的に変化させることの
できるスペクトル成分をもつた楽音を楽音発生器をして
発生させるようにすることである。音色（スペクトル内
容）もまた楽器のラウドネス制御に応答して変化させる
ことができる。
【００３０】図１は、こゝに参考のため述べてある“複
音シンセサイザ”と題する米国特許第4,085,644 号（特
開昭52-27621）に詳述されているシステムの変更態様と
して示され説明されている本発明の１実施例を示す。図
面に用いられているすべての２桁の参照数字は上記特許
の開示において同様に番号をつけられている素子に対応
する。
【００３１】上記特許に記載されているように、複音シ
ンセサイザは、例えば電子オルガンのような電子楽器の
従来の鍵盤に対応する楽器鍵盤を具えている。楽器鍵盤
上の１個又はそれ以上の鍵を押すことによつて、音調検
出割当回路１４は作動された鍵に対する音調情報を記憶
し、作動された各音調を１２個の別個の楽音発生器のう
ちの１つに割当てる。音調検出割当回路１４は、こゝに
参考のため述べてある米国特許第4,022,098 号（特開昭
52-44626）に説明されている。１個又はそれ以上の鍵が
押されると、実行制御回路１６が計算サイクルを開始さ
せ、その計算サイクルの期間中に６４語からなる主デー
タセツトが計算され主レジスタ３４に記憶される。この
６４語は、楽音発生器が発生させる楽音のオーデイオ波
形の１サイクルに対して等間隔に置かれた６４の点の振
幅に対応する値をもつて発生する。一般的法則は、楽音
スペクトルにおける高調波の数は、完全な１サイクルの
データ点数の１／２以下である。
【００３２】２つの動作モードが図１に示すシステムに
組み入れられている。第１モードは米国特許第4,085,64
4 号（特開昭52-27621）に記載されているモードに対応
する。第１モードは、スイツチＳ１を閉成し、高調波係
数メモリ２７からの出力を選択するようにスイツチＳ２
を動作させることによつて行なわれる。第１モードにお
いては、複音シンセサイザが主データを規定する波形を
発生させる方法は、上記に参照した特許に詳述した方法
と同じである。
【００３３】加算器３３の出力において与えられたデー
タは、送られて主レジスタ３４に記憶されるにつれて、
そのデータはまた２の補数回路１０３によつて２進２の
補数形に変換される。２の補数回路１０３からの出力デ
ータは、入力データについて６つの２進ビツト位置の右
シフトを実行する右シフト回路１０４により６４で割算
される。右シフト回路１０４からの出力データは、加算
器−アキユムレータ１０５に含まれるアキユムレータの
内容へ連続的に加算される。このアキユムレータは、実
行制御回路１６により与えられるリセツト信号の命令に
よつて計算サイクルの開始時に初期設定される。その最
終的な結果として、計算サイクルの終了時にそのアキユ
ムレータは、主レジスタ３４に記憶された主データセツ
トに含まれるデータ値の平均値を零平均値とする値を含
む。
【００３４】計算サイクルが完了すると、実行制御回路
１６は転送サイクルを開始させ、この転送サイクルの期
間中に主レジスタ３４に記憶された主データセツトが加
算器１０６へ読出され、加算器−アキユムレータ１０５
のアキユムレータの内容に加算される。合計されたデー
タは、割当てられた楽音発生器のうちの１つのなかの音
調レジスタ３５へ転送される。最終的な結果として、転
送されたデータは置き換えられた主データセツトを構成
し、零の平均値を有する。
【００３５】楽音発生器は、音調レジスタ，音調クロツ
クおよびＤ−Ａ変換器からなる。楽音発生器は、一連の
計算サイクルの各計算サイクルの終了時に、置き換えら
れた主データセツトの値を供給する。
【００３６】音調レジスタ３５は、発生される楽音の完
全な１サイクルに対応する転送された６４データ語を記
憶する。これらのデータ点は音調レジスタから反復的に
順次読出されてＤ−Ａ変換器４７へ転送され、この変換
器は入力信号データを所望する楽音波形のアナログ電圧
に変換する。他の楽音発生器からのアナログ電圧は加算
器５５において結合され、結合された信号は音響システ
ム１１へ印加されて可聴音に変換される。
【００３７】データ点は、関連した音調クロツク３７に
より発生されるクロツク速度で音調レジスタ３５から転
送される。楽音発生器の各々にそのような音調クロツク
がある。音調クロツクは、鍵盤上で押鍵された関連音の
基本楽音周波数の６４倍にその周波数がセツトされてい
る電圧制御発振器として実施することができる。従つて
６４の波形データ点のすべてが、選択された楽音のピツ
チ又は基本周波数の１周期に対応する時間の間にＤ−Ａ
変換器４７へ転送される。
【００３８】音調クロツク３７に用いられる電圧制御発
振器を実施するにはいろいろな方法がある。そのような
１つの方法は、こゝに参考のため述べてある“周波数ナ
ンバー制御クロツク”と題する米国特許第4,067,254 号
に詳細に述べられている。
【００３９】前記米国特許第4,085,644 号（特開昭52-2
7621）に更に説明してあるように、一連の計算サイクル
の期間中に主レジスタ３４内にある主データセツトを連
続的に再計算し、鍵盤上の関連した鍵が押し続けられて
いる間にこのデータを音調レジスタ３５に再びロードで
きるようにすることが望ましい。これは、音調クロツク
速度でのＤ−Ａ変換器へのデータ点の流れをしや断せず
に行われる。
【００４０】１つだけの楽音発生器の回路が図１に明示
されているが、１２の関連音調クロツクを具えた１２の
そのような楽音発生器が複音シンセサイザの好ましい実
施例には通常具えられていることが理解されるであろ
う。
【００４１】図１において、語カウンタ１９はシステム
主クロツクにより与えられるタイミングパルスのモジユ
ロ６４をカウントする。高調波カウンタ２０はモジユロ
３２をカウントするが、これは全部で６４のデータ点を
有する主データセツトと一致する高調波の最大数であ
る。高調波カウンタ２０は、語カウンタ１９がその初期
状態に戻る度毎に増分する。前記に参照した米国特許第
4,085,644 号（特開昭52-27621）に述べられているよう
に、高調波カウンタ２０のカウント状態はゲート２２を
介して加算器−アキユムレータ２１へ伝送される。メモ
リアドレスデコーダ２３は加算器−アキユムレータ２１
の内容に応答して、記憶した正弦波関数表の値を正弦波
関数表２４から読出す。
【００４２】第１演算モードに対する計算サイクルの期
間中に、実行制御回路１６は、１サイクル当りの完全な
カウンテイングが６４カウントである語カウンタ１９を
３２サイクルだけ増分させるようにする。
【００４３】１つの楽音の所望するスペクトル内容に対
応する１組の高調波係数ｃｑが高調波係数メモリ２７に
記憶される。高調波係数は高調波カウンタ２０の内容に
対応して、メモリアドレスデコーダ２５により高調波係
数メモリ２７からアドレスアウトされる。アドレスされ
た高調波係数は、前記参照の米国特許第4,085,644 号
（特開昭52-27621）に記述した方法により、乗算器２８
内でアドレスされた正弦波関数値と乗算される。
【００４４】図１に示すシステムの第２演算モードは、
スイツチＳ１を開放し、変換メモリ１０２からの出力を
選択するようにスイツチＳ２を動作させることによつて
行なわれる。第２演算モードにおいては、計算サイクル
は６４クロツク時間に限定され、この間に語カウンタ１
９は６４カウント状態に対して増分され、一方高調波カ
ウンタ２０はその初期単位カウント状態にとどまつてい
る。
【００４５】正弦波関数表２４からアクセスされた正弦
波関数値の大きさはラウドネススケーラ１０１によつて
スケール(scale）され、そのスケールされた値は記憶さ
れたデータを変換メモリ１０２からアドレスするのに用
いられる。ラウドネススケーラ１０１は、乗数がラウド
ネス制御信号により変化するデータ値乗算器である。こ
の信号は所望する音楽効果に応じていろいろな信号源か
ら得られる。そのような信号源には触れると応答する鍵
盤スイツチ、圧力センサの信号出力が閉じた鍵に加えら
れた圧力とともに変化する圧力感知鍵スイツチ、ＡＤＳ
Ｒエンベロープ発生器からの信号出力およびラウドネス
補償データがある。
【００４６】ラウドネス制御信号を得る方法は、“ラウ
ドネス自動補正制御装置を具えた電子楽器”と題する米
国特許第4,214,503 号（特開昭55-120097 号）に記載さ
れている。この特許出願人は本発明の出願人と同一であ
る。
【００４７】更に迫真性を増すために、ランダム信号を
ラウドネス制御信号に加えることができるので、繰返さ
れる楽音はスペクトル内容の点で常に互に相異つてい
る。
【００４８】変換メモリ１０２は、後述する方法で計算
される６４非線型データ点を記憶するアドレス可能メモ
リからなる。変換メモリ１０２はまたラウドネススケー
ラ１０１によつて転送される信号に応答して、記憶され
たデータをアクセスするための内部メモリアドレスデコ
ーダを含んでいる。これらの信号は、記憶された非線型
データ点に対する６４メモリアドレスに対応する最も近
似する整数値に丸められる。
【００４９】スイツチＳ１が開放した状態にある場合に
は、乗算器２８は単位乗算器として動作するようにな
る。従つて第２演算モードにおいては、乗算器は変換メ
モリからの入力データを変化させずにそのまゝ加算器３
３へ転送する。
【００５０】乗算器２８の後段のシステム機能の残りの
機能は、第１および第２演算モードの両者と同じであ
る。
【００５１】上述したように、２の補数回路１０３、右
シフト回路１０４、加算器−アキユムレータ１０５およ
び加算器１０６の組合わせの零平均値化回路は、データ
セツトを音調レジスタに転送させて零平均値をもたせる
ようにするために用いられる。発生した楽音の開始およ
びレリーズ時に押鍵によるカチツという音が起きないよ
うにするために、零平均値が望ましい。楽音発生器の組
合せが合計され、合計された結合信号で動作するアナロ
グ又はデジタル装置の過負荷飽和を防ぐ場合には、零平
均値が望ましい。
【００５２】第１演算モードに対応する複音シンセサイ
ザの従来の動作には、零平均値化回路を用いる必要はな
い。この場合には、零平均値は、主データセツトが計算
される方法によつて主データセツトに対して自動的に得
られる。しかし、後述するように、第２演算モードが用
いられる場合には、主データセツトに対するそのような
零平均値状態は自動的には生じない。
【００５３】変換メモリ１０２に記憶された非線型デー
タは、正弦波関数表２４からアドレスアウトされラウド
ネススケーラによつてその大きさがスケール(scale）さ
れた正弦波関数データ値について非線型振幅変換を行う
のに用いられる。信号が非線型変換によつて変換される
と、その結果として、もとの信号に存在した周波数成分
よりも多い周波数成分をもつ信号がえられるということ
は、信号理論技術上周知である。非線型変換に関する論
考は、１９６２年プレンテイスホール社発行のドイツチ
ラルフ著“ランダムプロセスの非線型変換”という著書
に見出すことができる。
【００５４】主データセツトに含まれる高調波の最大数
は、３２、即ち発生した楽音の１サイクルをなす等間隔
に置かれたデータ点の数の１／２を超えることはできな
いというのが、図１に示すシステムの特性である。従つ
て、非線型振幅変換による場合でも、高調波の総数は限
られており、本発明のこの特徴は、非線型振幅変換後に
スペクトル内容を制限又は修正するための他のいかなる
手段の必要性もなくする。
【００５５】前記に参照した技術論文のなかでボーチヤ
ンプによつて提案されているように、非線型変換データ
セツトは下記の形をもつｎ次多項式から計算できる。
【００５６】
【数１】
【００５７】但し、ｊは１〜６４の範囲内の整数であ
り、Ｎは高調波の総数であつて、Ｎは６４／２以上では
ないという関係がある。ｘは下記の単一の周波数正弦波
形を有する入力信号である。
【００５８】
【数２】
【００５９】Ａ0 は任意の振幅定数である。式(1) と式
(2) とを組合わせて、下記の形の有限級数を得ることが
できる。
【００６０】
【数３】
【００６１】ｃn は１組の非線型変換データ点Ｆ（ｊ）
によつて規定される信号に含まれる高調波係数である。
Ｐn は位相定数である。
【００６２】非線型係数ａn と１セツトの高調波係数ｃ
n との関係は、多重角の余弦に対する下記の三角展開を
用いて得ることができる。
【００６３】
【数４】
【００６４】この級数は係数が零に等しくなると終了す
る。もし式(4) が式(3) に代入され、その成分を式(1)
における同じ三角多重角に対する成分と項別に比較する
と、係数間の所望の関係は下記のようなものであること
が判る。
【００６５】
【数５】
【００６６】非線型変換データは、予め選択した１組の
高調波係数ｃj から始めて式(5) で１組の非線型係数ａ
j を先ず計算することにより計算される。ｃj の値は、
ラウドネススケーラ１０１へ与えられたラウドネス制御
信号の最大値に対応する所望の楽音を得るように選択さ
れる。これらのａj の値を用いて、非線型変換データが
式(1) から計算される。式(5) においては、定数値Ａ0
＝２を用いるのが便利である。位相定数とも呼ばれる位
相ナンバーＰn はすべて＋１又は−１の値を有する。こ
れらのナンバーは前記に参考のために述べた米国特許第
4,085,644 号（特開昭52-27621）に記載されているよう
に選択される。上記参考特許に記載されているようにＰ
n の値を選択すると、データ値を表わすのに用いられる
デジタル語の２進ビツト数によつて課せられる一定の予
め決められたピーク信号値の限界に対して非線型変換デ
ータセツトＦ（ｊ）に対する最大ＲＭＳ値がえられる。
【００６７】下記の１組のＰn 値が上記参考特許に表記
されており、これらの値は満足な結果をもたらすことが
実験的に証明されている。 -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,1, -1,-1,1,1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1 -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,1 -1,-1,1,1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1
【００６８】下記の別の１組の位相ナンバーＰn もまた
満足な結果をもたらすことが証明されている。 1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1 1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1 1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1 1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1
【００６９】式(2) によつて与えられるｘ（ｊ）の特定
の形は、正弦波関数表２４が余弦三角関数を記憶してい
るものと仮定している。もし所望するならば、この表は
三角正弦値を記憶するのに用いることもできる。もし正
弦値が記憶されていれば、開放スイツチＳ１は、固定し
た定数をメモリアドレスデコーダ２３への入力に加算さ
せる。この固定した定数は、アドレスされた正弦値の位
相を９０°だけアドバンスさせて、変数の同一アドレス
値に対する余弦値を発生させるのに使用される。
【００７０】図２は表１に示すスペクトル成分を有する
楽音に対する非線型変換データセツトＦ（ｊ）のプロツ
トを示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】Ｘ軸の値は、正弦波関数表から変換メモリ
１０２への入力データである。これらの値は三角余弦関
数に対する値の正規化された範囲に対応する小数の大き
さ(decimal magnitude）＋１〜−１に対して示されてい
る。位相定数Ｐn を用いると、信号の非線型変換の使用
により新しい周波数をつくり出すという先行技術には教
示されていないもう１つの改良がえられる。余弦値はラ
ウドネススケーラ１０１により減少するので、変換メモ
リ１０２に含まれる限られた範囲のデータだけがアドレ
スアウトされる。従つて主データセツトのＲＭＳ値は、
ラウドネス制御信号の変化とともに変化する。この作用
は、楽音が穏やか(soft)であればあるほどその高調波は
少なくなるという適当な音楽上の指示にて発生する。も
しすべてのＰn が同一の値を有していれば、２０ｄｂの
ラウドネススケーラ範囲に対して、主データセツトと関
連したパワーレベル（音響出力レベル）は約４０ｄｂだ
け変化し得る。もしＰn が上記の第２の組に示した値を
有していれば、パワーレベルは約２０ｄｂしか変化せ
ず、これは主データセツトから発生する楽音のラウドネ
スを過度に低下させることなしにラウドネス制御信号に
広いダイナミツクレンジを可能にする点で著しい改良で
ある。
【００７３】図３は、図２に示されていて変換メモリ１
０２に記憶されているデータを用いた図１の音響システ
ムへの出力信号の立体プロツトである。各スペクトルの
右端の数字は、ラウドネススケーラ１０１によつて行わ
れる余弦値のデジベル（ｄｂ）減衰の数字である。
【００７４】余弦関数は、変数値θ＝πにおいて偶数対
称であるので図１に示すシステムは、参考のために述べ
た米国特許第4,085,644 号（特開昭52-27621）に詳述し
てある偶数対称法で動作させ得る。従つて３２点のみが
主データセツトに必要となる。この演算モードが用いら
れる場合には、語カウンタ１９は計算サイクルの期間中
にはモジユロ３２をカウントするようにされている。右
シフト回路１０４は、値３２による割り算に対応して５
つの２進ビツト位置の右シフトを行う。転送サイクルの
間にデータは、参考のために述べた上記特許に説明され
ているように順方向への順序および逆の順序で主レジス
タからアドレスアウトされるので、１波形サイクルに対
する６４点の完全なデータセツトが音調レジスタ３５へ
転送される。
【００７５】図４は図１に示してあるシステムの変形態
様を示す。この変形態様では、個々の構成音の各々がそ
れ自身の独立したスペクトル変化を持つことができる主
データセツトを構成する多数の追加音を使用できる。変
換メモリ１０２および１０８によつて象徴的に示されて
いる変換メモリの数は、所望する多数の追加楽音の数に
等しい。
【００７６】第２演算モードにおいては、計算サイクル
は上述した方法で進行する。所望する楽音組合わせは、
１組の変換メモリの入力端子に関連した選択した組のス
イツチを作動させることによつて得られる。１組の変換
メモリからアドレスアウトされた出力データは加算器１
０９において合計され、合計された出力は乗算器２８へ
転送される。システムの残りの部分は図１に示し上述し
た部分と同じである。
【００７７】図４に示すシステムにおいて、多数の追加
楽音のスペクトル内容は、ラウドネススケーラ１０１に
よつて導入される共通のラウドネススケールフアクタに
よつて変化させられる。図５に示す別の実施例において
は、組み合わせられた楽音の各々のスペクトル内容は、
それ自身の独立したラウドネススケーラの制御により変
化する。従つて、ラウドネススケーラ１０１および１０
９として象徴的に示されているラウドネススケーラは、
多数の変換メモリの各々と関連している。楽音の所望の
組み合わせは、ラウドネススケーラの各々への入力信号
を制御するスイツチを作動させることによつて制御され
る。
【００７８】図５に示すようなシステムを用いると、可
能な楽音効果に幅広い融通性を与えることになる。例え
ば、変換メモリによつて決定される構成楽音の１つは、
触れると応答する鍵盤スイツチセンサに応答して変化し
うるか、一方第２の楽音は、それが閉じた後に動作され
た同じ鍵に加えられた圧力に応答して変化しうる。もう
１つの可能性は、構成楽音の１つをＡＤＳＲエンベロー
プ関数に応答して変化させることである。これらのラウ
ドネス制御信号はそれぞれラウドネススケーラのうちの
１つ又はそれ以上への入力として導入される。
【００７９】データセツトの高調波の数は完全な波形サ
イクル１サイクルを構成するデータ語の数の１／２以下
に自動的に制限されるという上記に指摘したシステムの
特徴があるので、変換メモリ１０２が１つの正弦波関数
によつてアドレスされるということは図１に示すシステ
ムに本来備わつている限界ではない。
【００８０】図６は、変換メモリ１０２からデータをア
ドレスするのに区分的線形関数を用いる本発明の別の実
施例を示す。語カウンタ１９は、最大３２の高調波に対
応する６４データ点を有する主データセツトに対応する
モジユロ６４をカウントするように実施される。アツプ
／ダウンカウンタ１１０は１５から０までカウントし、
０を繰り返し、それから１５まで順方向へカウントする
ように実施される。２の補数回路１２０は、語カウンタ
１９の状態３３〜６４に対してはアツプ／ダウンカウン
タ１１０からの出力状態について２の補数２進演算を行
う。
【００８１】アツプ／ダウンカウンタから得られたアド
レス指定データを用いてえられる楽音は、変換メモリ１
０２に記憶された同じデータセツトをアドレスするのに
正弦波関数を用いることによつて得られる楽音とは異な
る。従つて、スイツチＳ３を用いると、アドレス指定デ
ータの選択した形に応じて、非線形変換データの同一セ
ツトから２種類の相異なる楽音を発生させることができ
る。
【００８２】計算した主データセツトの平均値を除去す
るための上述のサブシステムの故に、ラウドネススケー
ラへの入力アドレス指定データは、語カウンタ１９のモ
ジユロカウンテイングナンバーに対応する周期で周期性
を有する関数でなければならないという固有の限界又は
制約はない。このような制約がないことが可能になるの
は、主データセツトを音調レジスタへ転送するというシ
ステム動作があり、ついでその主データセツトは周期的
速度で順次に繰り返し続出されて予め選択された楽音ピ
ツチで波形をつくり出すので、最終的な可聴楽音の周期
性が保証される。
【００８３】図７は実行制御回路１６の詳細を示す。３
００代の数字のラベルのついている図７のシステム素子
は、実行制御回路１６の素子である。フリツプフロツプ
３０４がセツトされその出力状態がＱ＝“１”となる
と、計算サイクルが開始される。フリツプフロツプ３２
０の出力状態がＱ＝“０”であれば、フリツプフロツプ
３０４は音調検出割当回路１４からの要求でセツトでき
る。後述するように、フリツプフロツプ３２０は転送サ
イクルを制御するのに用いられ、転送サイクルが進行中
は計算サイクルは開始されないことが望ましい。音調検
出割当回路１４は、このサブシステムが鍵スイツチが楽
器鍵盤上で作動されたことを検出すると、計算サイクル
開始要求を発生させる。代りのシステム動作論理は、転
送サイクルが進行中でない場合には常に完全な計算サイ
クルを開始させるか、又は音調レジスタへの各データ転
送が完了したら計算サイクルを開始させることである。
【００８４】フリツプフロツプ３０４が計算サイクルの
開始時にセツトされると、出力状態Ｑ＝“１”はエツジ
検出回路３０５によつてリセツトとラベルされた信号パ
ルスに変換される。このリセツト信号はカウンタ３０
２，１９，３０３および３２２を初期設定するのに用い
られる。このリセツト信号はまた加算器−アキユムレー
タ１０５を初期設定するのにも用いられる。
【００８５】フリツプフロツプ３０４の出力状態Ｑ＝
“１”はゲート３０１をして主クロツク１５からクロツ
クタイミングパルスを転送させ、カウンタ３０２，１９
および３０３を増分させる。
【００８６】カウンタ３０３はモジユロ３２をカウント
するように実施される。このカウンタの内容がそのモジ
ユロカウンテイング動作の故にリセツトされる度毎に、
高調波カウンタ２０のカウント状態を増分させるのに用
いられるＩＮＣＲ信号が発生する。
【００８７】スイツチＳ１が第１演算モード用にセツト
されると、カウンタ３０２は主クロツクパルスモジユロ
Ｐ×Ｈ＝６４×３２＝２０４８をカウントする。このカ
ウンタは、もしスイツチＳ１が第２演算モード用にセツ
トされると、６４×１＝６４をカウントする。Ｐ＝６４
は主データセツト中のデータ語の数であり、一方第２の
数Ｈは、２つの演算モードの各々において高調波カウン
タ２０がそれまで増分される数である。カウンタ３０２
がその選択された最大カウントに達すると、フリツプフ
ロツプ３０４をリセツトするのに用いられる信号が発生
する。
【００８８】もし計算サイクルがフリツプフロツプ３０
４からの状態Ｑ＝“０”によつて示されているように進
行中でなければ、線４１上の転送サイクル要求はフリツ
プフロツプ３２０をセツトする。
【００８９】割当てられた楽音発生器の数は音調検出割
当回路１４から比較器３２１へ転送される。カウンタ３
２２は線４１上の転送サイクル要求によつて増分され
る。カウンタ３２２のカウント状態が比較器３２１に含
まれる割当てられた楽音発生器の数まで増分されると、
ラウドネススケーラ１０１をリセツトする信号が発生す
る。これらの信号は最も近いフリツプフロツプ３２０に
丸められる。フリツプフロツプ３２０の状態Ｑ＝“０”
は新たな計算サイクルを開始させる。
【００９０】ラウドネススケーラ１０１は、１組の数又
はスケールフアクタを記憶するアドレス可能メモリとし
て実施することができる。これらの数は、ラウドネス制
御信号に応答してアドレスアウトされ、正弦波関数表２
４からの入力値をスケール（基準化）する、又は乗算す
る乗数として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の概略的なブロツク図であ
る。
【図２】非線型変換のグラフである。
【図３】出力信号に生じたスペクトル変化の立体グラフ
である。
【図４】加算可変楽音源の加算器を具えたシステムの概
略的なブロツク図である。
【図５】個々の楽音変化制御回路を有するシステムの概
略的なブロツク図である。
【図６】本発明の別の実施例の概略的なブロツク図であ
る。
【図７】実行制御回路の詳細を示す概略図である。
【図８】本発明が適用できる複音シンセサイザをブロツ
ク図形式にて示したものである。
【符号の説明】
１１ 音響システム １２ 鍵盤スイツチ １４ 音調検出割当回路 １６ 実行制御回路 １９ 語カウンタ ２０ 高調波カウンタ ２１，１０５ 加算器−アキユムレータ ２２ ゲート ２３，２５ メモリアドレスデコーダ ２４ 正弦波関数表 ２７ 高調波係数メモリ ２８ 乗算器 ３３，５５，１０６ 加算器 ３４ 主レジスタ ３５ 音調レジスタ ３７ 音調クロツク ４２ クロツク選択回路 ４７ Ｄ−Ａ変換器 １０１ ラウドネススケーラ １０２ 変換メモリ １０３ ２の補数回路 １０４ 右シフト回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正弦波を重畳して楽音を合成する正弦波
    合成モードと非線形変換によつて楽音を合成する非線形
    変換合成モードとを各々選択的に指示するモード選択手
    段と、 前記モード選択手段に応答し正弦波関数を発生する正弦
    波関数発生手段と、 発生される楽音特性を決定するための高調波係数を記憶
    する高調波係数記憶手段と、 アドレスとしての入力データに対する出力データが非線
    形特性となる変換データが記憶された変換メモリ手段
    と、 前記モード選択手段に応答して発生された正弦波関数を
    スケールして、前記変換メモリへのアドレスとしての入
    力データを発生するスケーラ手段とを具え、 前記モード選択手段がサイン合成モードを指示する場合
    は前記高調波係数に基づいた正弦波合成がなされ、前記
    モード選択手段が非線形変換合成モードを指示する場合
    は前記スケーラ手段の出力を前記変換メモリ手段で非線
    形変換する非線形変換合成がなされるように制御するこ
    とを特徴とする電子楽器。
JP3133266A 1980-04-14 1991-05-10 電子楽器 Pending JPH06180588A (ja)

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