JPH0633516Y2

JPH0633516Y2 - エンベロープ近似装置

Info

Publication number: JPH0633516Y2
Application number: JP14144087U
Authority: JP
Inventors: 純一南高
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1987-09-16
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2002-09-16
Also published as: JPS6445897U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の技術分野］この考案は楽音のエンベロープデータにて表現されるエ
ンベロープ波形を近似するエンベロープ近似装置に関す
る。

［従来の技術］従来、電子楽器において、自然楽器音をシュミレートす
る音を作成する場合、楽音波形を構成する各種の要素や
パラメータをいろいろと変えてみることによって行われ
る。すなわち、作成者はいったんパラメータを設定した
後、そのパラメータによる楽音を試聴してみて望ましく
なければ、再度パラメータを設定し直す。この場合、電
子楽器音を自然楽器音に近づける有効なアプローチは存
在せず、作成者は試行錯誤をくり返す、というプロセス
を経なければならない。しかも、使用するパラメータの
制約から、十分、自然楽器音に近い音を得ることは困難
な場合が少なくない。

このことは、楽音波形の要素であるエンベロープを作成
する場合にも全く同様である。

原理的に考えると、自然楽器音自体の波形を分析し、電
子楽器で発生される楽音のパラメータに相当するパラメ
ータの値を抽出することができれば、抽出したパラメー
タの値を使用することで、自然楽器音に非常に近い音を
得ることができるはずである。

しかしながら、今日の電子楽器における楽音合成のしく
みそのものが、自然楽器音の持ついくつかの特徴を無視
した理論によって成り立っており、自然楽器音の波形か
ら直接的に抽出可能な情報と、今日の電子楽器で使用す
るパラメータとの間には大きな隔りがある。

例えば、本件出願人は、自然楽器音波形からエンベロー
プ波形を抽出する装置を提案している。

この抽出によるエンベロープデータは自然楽器音の特徴
を忠実に示すものであるが、不規則的に変化するデータ
値をもち、データの数も非常に大きい。このため、楽音
を生成する上で大きな記憶容量と大量なエンベロープデ
ータを扱う複雑なエンベロープ処理機能を必要とし、区
間的に単調なエンベロープ波形を生成するにすぎない今
日の電子楽器にそのまま適用することができない。

［考案の目的］したがって、この考案の目的は、上記のような大量の原
エンベロープデータに対し、データ圧縮を施し、少ない
数のデータでありながら原エンベロープデータにて表わ
される波形の特徴を十分に表現できるエンベロープ近似
装置を提供することである。

又、この考案の目的は、特にデータ圧縮の際に、時間軸
方向に関して適宜比重を変えてエンベロープ近似を行
い、例えばトランペットの音のように音の立ち上り部に
特徴がある場合には、その立ち上り部に比重を置いてよ
り厳密に近似することができ、その他例えばヴァイオリ
ンの音のように音の持続部に特徴があると判断した場合
には、その特徴部に重みを置いて近似することができる
ようにしたエンベロープ近似装置を提供することであ
る。

更にこの考案の目的は、原エンベロープデータを表示す
るための手段、例えばCRT等を必要とせず、かつ、原エ
ンベロープを複数の区間に分割するポイントを指定する
際に、ユーザーの知識等による差が出ないようにするた
め、ユーザーが指定した切換点の総数に基づいてエンベ
ロープの分割ポイントを自動的に決定できるようにした
エンベロープ近似装置を提供することである。

［考案の要点］この考案は、上記目的を達成するため、与えられた楽音
のエンベロープデータにて表現されるエンベロープ波形
を、切換点で特性が切り換わる限られた数の関数波形で
近似する。そして、ユーザーに切換点の総数を指定さ
せ、その指定された総数に基づいて原エンベロープを分
割する分割ポイントをユーザーの任意な決定によるもの
ではなく、自動的に決定するために、分割ポイント決定
手段を設けた。この分割ポイント決定手段としては、例
えば複数の異なる分割ポイント変換関数のいずれかを選
択し、選択された変換関数にしたがって分割ポイントを
演算させるものである。そして、分割ポイント決定手段
により分割されたそれぞれの区間のエンベロープを最適
に近似する関数を決定して区間毎に近似エンベロープを
得、互いに隣り合う区間で近似したエンベロープの交
点、すなわち隣り合う区間における関数の交点を最適切
換点として切換点を決定する。

［考案の作用］この考案によれば、大量の原エンベロープデータにて表
現されるエンベロープ波形は最適切換点で特性が切り換
わる限られた数の関数波形で最適近似される。したがっ
て、原エンベロープデータのもつ原音の特徴が損われる
ことなくデータ圧縮される。最適切換点のセットで表現
される圧縮データから、具体的な近似エンベロープデー
タを生成することは容易であり、最適切換点間を結ぶ関
数のデータを算出することで行える。

又、この考案によれば、ユーザーが指定した切換点の総
数により、自動的にエンベロープの分割ポイントが決定
され、分割されたそれぞれの区間毎に最適近似された関
数波形を決定し、更に互いに隣り合う区間で近似された
関数波形同士の交点を最適切換点としているのである。
したがって、ユーザーの恣意によることなく自動的に決
定された分割ポイントによって、エンベロープが時間軸
方向に関して適宜比重を持って近似されるものである。

［実施例］以下、図面を参照してこの考案の一実施例を説明する。

第１図は本実施例の全体構成であり、エンベロープデー
タメモリ１には、自然楽器音等から軸出したエンベロー
プデータが記憶される。この原エンベロープデータの波
形はエンベロープ近似回路２により、限られた数の関数
波形で近似され、最適切換点の集まりで表現される近似
エンベロープデータが作成される。データ圧縮されたこ
の近似エンベロープデータは近似エンベロープメモリ３
に記録される。

エンベロープ近似回路２は、ハード的には、CPU、エン
ベロープ近似プログラムメモリ、ワーキングメモリ、入
出力装置等で構成される。

第２図はエンベロープ近似回路２の要部の基本構成を示
す。

エンベロープデータ抽出部21において、原エンベロープ
データが抽出される。切換点総数指定手段22において、
エンベロープデータをいくつに分割するかのポイント総
数がユーザーにより指定される。この指定された数に応
じて分割ポイント決定手段23において、分割ポイントの
時間軸（ｘ軸）座標が決定される。エンベロープデータ
抽出部21からの原エンベロープデータと、分割ポイント
決定手段23からの分割ポイントは切換点決定手段24に与
えられる。本実施例においては、分割されたそれぞれの
区間において、最小自乗法を用いてエンベロープを直線
関数ｙ＝a_iｘ＋b_iにより最適近似する。そして、互いに
隣り合う区間でそれぞれ決定されたその直線関数の（x,
y）座標軸上の交点を求め、それを最適切換点として決
定することにより、原エンベロープに対する近似エンベ
ロープを決定するのである。

第３図は第１図に示した本実施例の動作のフローチャー
トである。このフローチャートにおいて、S1〜S21は各
ステップを示し、START後のS1〜S5のステップは入出力
インターフェースの部分と、原エンベロープデータを時
間軸（ｘ軸）上のどの点で分割するかのポイントを決定
する部分である。まずS1でポイントの数を入力し、Ｍと
する。分割ポイントを決定するために、本実施例ではポ
イントの時間軸（ｘ軸）座標を出力する変換関数とし
て、ユーザーが次数を指定し得るｎ次の関数を定めて、
S2においてその次数を入力しｎとする。S3では、ｘ＝０
〜ｘ＝Ｅまでの（Ｅ−１）個の時間軸上のポイントに対
するエンベロープデータ、すなわち振幅値を読み込ませ
る。S4において、各ポイントにおけるｘ軸座標P₁〜P_Mの
演算を行う。第４図は、このステップを説明するための
ｎ＝１〜３、Ｅ＝100、Ｍ＝９の場合の分割ポイント決
定のための変換関数を図示したものである。第４図にお
いて、その横軸は指定された総数に基づくポイントの番
号、すなわち、何番目のポイントかを示す変数であり、
縦軸は各ポイントのｘ軸座標の値を示す。いまｎ＝１と
すると、分割されたそれぞれの区間の間隔は全て等し
く、したがって時間の経過に対して均等な重みでエンベ
ロープ近似が行われる。ｎ＝２とすると、それぞれの区
間の間隔は、順に０〜１、１〜４、４〜９、９〜16、16
〜25、25〜36、……となり、ポイントのｘ軸座標が小さ
い段階、すなわちエンベロープの立ち上がり部では細か
くエンベロープ近似が行われ、ポイントのｘ軸座標が大
きくなるにしたがって、だんだんおおまかな間隔でエン
ベロープ近似が行われる。ｎ＝３とすると、更に立ち上
がり部ではより厳密な近似が行われ、時間の経過と共に
おおまかな近似が行われることになる。S5で０番目と
（Ｍ＋１）番目のポイントのｘ軸座標の値をそれぞれP₀
＝０、P_M+1＝Ｅとおき、全てのポイントが決定される。
この分割ポイントを決定するために定めた変換関数をｙ
＝axⁿ＋ｂとおいてそのｎ＝１〜３次における定数ａ、
ｂを求めると、ｘ＝０のときｙ＝０であるからｂ＝０、
またｘ＝Ｍ＋１のときｙ＝ａ(M+1)ⁿ＝Ｅよりここで、ｎ＝１、Ｍ＝９を代入すると、よってｙ＝10xとなる。ｎ＝２、Ｍ＝９を代入するとよってｙ＝x²となる。ｎ＝３、Ｍ＝９を代入するとよってとなる。

次にS6〜S15の各ステップは、先の各ステップにより判
定された分割ポイントによって分割されたそれぞれの区
間において、区間毎に独立してエンベロープ近似を行う
ものである。それぞれの区間において設定される近似関
係ｆ（ｘ）として、本実施例では直線関数ｙ＝ｆ（ｘ）
＝a_iｘ＋b_iを用い、区間毎に最小自乗法によるエンベロ
ープの近似を最適化する関数を決定する。まずS6で変数
ｉを０に初期化し、S7でそれぞれの区間におるるエンベ
ロープデータの番号を示す変数ｊにｉ番目のポイントの
位置P_iを代入して新たな変数とする。S8において、その
区間内のエンベロープにおけるｘ、ｙ、x²及びxyの値を
累算し、S9でｊを１ずつインクリメントしてS10でｊ＞P
_i+1を判断するまで累算を続ける。そしてS11では着目し
ている区間のサンプル個数ｎにP_i+1−P_i＋１を代入し、
S12及びS13においてそれぞれ及びを算出する。

以上で、１区間に対する近似直線が決定される。区間は
全部で（Ｍ＋１）個であるので、以上の処理を（Ｍ＋
１）回繰り返す。すなわち、S14でｉを１つずつインク
リメントし、S15でｉ＝Ｍ＋１になるまで実行する。こ
の結果、（Ｍ＋１）個の直線の係数の組（a₀、b₀）、
（a₁、b₁）……（a_M、a_M）が求められる。

次のS16からS21までのステップにおいては、ポイント指
定により分割された隣り合う区間での、各近似直線が交
わる交点、すなわち切換点のｘ座標の値を求めている。
S16で変数ｉに“0"を代入して初期化し、S17において近
似直線ｙ＝a_iｘ＋b_iとｙ＝a_i+1ｘ＋b_i+1の（x,y）座標
軸上における、交点（x_i+1，y_i+1）のｘ座標を算出する。S18でｉを１ずつインクリメントしてｉ＝
０から始まりｉ＝Ｍ−１になるまでＭ回算出を行う。し
たがって、ｉ＝ＭとなったときはS19の判定がYesで次に
進む。S20では最初の区間における近似直線とｘ軸との
交点を S21では最後の区間における近似直線とｘ軸との交点をとして求めることによってフローが終了する。

以上の動作により近似関数と切換点が決定されるので、
近似エンベロープは、区間０≦ｘ＜P₁（厳密にはx₀≦ｘ
＜x₁）の範囲ではｙ＝a₀ｘ＋b₀、区間P₁≦ｘ＜P₂（厳密
にはx₁≦ｘ＜x₂）の範囲ではｙ＝a₁ｘ＋b₁、……、区間
P₁≦ｘ＜P_i+1（厳密にはx_i≦ｘ＜x_i+1）の範囲ではｙ＝
a_iｘ＋b_iの式により求めればよいことになる。

なお、上記実施例では近似する関数ｆ（ｘ）として直線
を用いて最小自乗法によりエンベロープ近似を最適化す
る関数を決定しているが、近似する関数としては、２点
が与えられれば一意的に設定される他の関数、例えば指
数曲線、対数曲線等でもよく、エンベロープ近似の最適
化の方法も他の方法、例えば原エンベロープの各区間と
関数ｆ（ｘ）との波形間の差面積を最小とする切換点を
最適切換点としたり、原エンベロープと関数ｆ（ｘ）の
差関数を最大にする切換点を最適切換点としたりしても
よく、また複数の方法を併用して切換点を決定してもよ
い。

第５図はこの考案の他の実施例におけるエンベロープ近
似回路２の要部構成図であり、第２図と同一の参照符号
を付したものは同一の機能を有する構成部分を示す。

第５図において、分割ポイント決定手段23は変換関数選
択入力手段26及び分割ポイント演算手段25とから成るも
のである。この変換関数選択入力手段26は、切換点総数
指定手段22により指定された切換点の数に対応して、エ
ンベロープデータの時間軸上の分割ポイントを決定する
ために、分割ポイントの時間軸座標を出力する変換関数
を選択するものである。すなわち、この変換関数として
は、例えば指数関数あるいはユーザーがその次数を指定
し得るｎ次関数等が考えられるが、この変換関数選択入
力手段26において、複数の異なる分割ポイント変換関数
のいずれかを選択して入力するものである。そして分割
ポイント演算手段25において、各分割ポイント番号に対
する各ポイントの時間軸上の位置、すなわちｘ軸座標P₁
〜P_Mの演算を行うものである。第２図において述べたこ
の考案の実施例のエンベロープ近似回路２と同様に、こ
の分割ポイント演算手段25により求めた分割ポイントの
ｘ軸座標の値により、分割ポイントの時間軸（ｘ軸）座
標が決定される。ここでエンベロープデータ抽出部21と
切換点決定手段24の動作は、第２図に示した実施例にお
けるエンベロープ近似回路２と同様である。したがって
ユーザーが変換関数として直線関数を選択すれば、時間
の経過に対して均等な比重によるエンベロープ近似がな
され、又ユーザーが２次、３次等高次の関数を選択すれ
ば、立ち上がり部を厳密に近似したエンベロープ近似が
なされる。このように、ユーザーが変換関数を選択入力
すれば自動的にエンベロープの分割ポイントが決定さ
れ、最適切換点が決定されるものである。

［考案の効果］以上説明したように、この考案によれば、自然楽器等楽
音から抽出したエンベロープデータが与えられた場合、
ユーザーは切換点総数さえ指定すれば、自動的にエンベ
ロープの分割ポイントを決定することができ、時間の経
過に応じて適宜重みを持たせたエンベロープの最適近似
が可能となる。したがって、ユーザーにエンベロープデ
ータを表示するための表示手段を特に必要とせず、かつ
ユーザーの知識による個人差が生じるのを避けたうえ
で、時間軸上に適宜重みを持たせてより厳密な近似を行
なうことの出来るエンベロープ近似装置が得られるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例に係るエンベロープ近似装
置の構成図、第２図は第１図に示すエンベロープ近似装
置におけるエンベロープ近似回路の要部構成図、第３図
はエンベロープは近似回路の動作を示すフローチャート
であり、第４図はエンベロープ近似回路の動作を説明す
るための変換関数図、第５図はこの考案の他の実施例に
おけるエンベロープ近似回路の要部構成図である。１……エンベロープデータメモリ、２……エンベロープ
近似回路、３……近似エンベロープメモリ、22……切換
点総数指定手段、23……分割ポイント指定手段、24……
切換点決定手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】与えられた楽音のエンベロープデータにて
表現されるエンベロープ波形を切換点で特性が切り換わ
る限られた数の関数波形で近似するエンベロープ近似装
置において、切換点の総数を指定する切換点総数指定手段と、上記切換点総数指定手段により指定された切換点の総数
によりエンベロープの分割ポイントを自動的に決定する
分割ポイント決定手段と、上記分割ポイント決定手段により分割されたそれぞれの
区間のエンベロープを最適に近似する関数を決定し、隣
り合う区間において決定された上記関数の交点を切換点
として決定する切換点決定手段と、を有することを特徴とするエンベロープ近似装置。
【請求項２】上記分割ポイント決定手段は、複数の異な
る分割ポイント変換関数のいずれかを選択する変換関数
選択入力手段と、上記変換関数選択入力手段により選択された変換関数に
したがって分割ポイントを演算する分割ポイント演算手
段と、から成ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
項記載のエンベロープ近似装置。