JPH0644193B2

JPH0644193B2 - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH0644193B2
Application number: JP59164227A
Authority: JP
Inventors: 宏平野; 和久岡村
Original assignee: Yamaha Corp; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp; Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPS6142695A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、周波数変調演算を用いて楽音信号を合成す
る楽音合成装置に関し、特に簡単な演算により比較的多
数の周波数成分を制御し得るようにしたことに関する。

〔従来の技術〕

従来、特公昭54-33525号、特公昭54-7570号、特公昭58-
29519号に開示されているように、可聴周波数領域の周
波数変調演算または振幅変調演算によって所望の倍音構
成を持つ楽音信号を合成する技術が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものにおいてはいずれも倍音
成分を十分に有する満足のゆく音色の楽音を合成するに
は単純な１項式の変調演算では不十分であり、多重式あ
るいは多項式の複雑な変調演算を行わねばならなかっ
た。このため、演算回路の構成が複雑かつ大型化し、ま
た、時分割で各演算項の演算を行う方式にあっては制御
クロックを高速化せざるを得なくなり、コスト高になる
傾向にあった。なお、比較的単純な演算によって倍音成
分を多く含む楽音を合成する方法として、上述の特公昭
54-7570号に示されているように、予め多くの周波数成
分を有する波形を変調波または被変調波として用いる方
法が考えられているが、演算に使用できる波形は波形メ
モリに記憶したものに限られるため、合成し得る音色に
限界があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る楽音合成装置は、所定の波形を記憶した
記憶手段と、該記憶手段から前記所定波形を読み出して
所定音高の楽音を形成するための基礎となる基本位相デ
ータを発生する基本位相データ発生手段と、変調信号を
発生する変調信号発生手段と、前記変調信号を前記基本
位相データに導入し変調位相データを形成する変調位相
データ形成手段と、前記変調位相データの示す位相値に
基づき、該変調位相データが所定値の範囲にある所定位
相区間を特定する特定手段と、前記変調位相データのう
ち前記特定手段で特定された所定位相区間に対応する部
分の位相値を変更する変更手段と、前記変更手段で変更
された変調位相データに基づき前記記憶手段から前記所
定波形を読み出す読み出し手段とを具えるものである。

〔作用〕

変調位相データ形成手段においては、変調信号を基本位
相データに導入し変調位相データを形成するので、該基
本位相データが該変調信号によって周波数変調されるこ
とになる。したがって、ここで形成される該変調位相デ
ータは、基本位相データ（換言すれば搬送波位相デー
タ）を周波数変調してなるデータである。特定手段で
は、この変調位相データの示す位相値に基づき、該変調
位相データが所定値の範囲にある所定位相区間を特定す
る。変更手段は、前記変調位相データのうち前記特定手
段で特定された所定位相区間に対応する部分の位相値を
変更する。従って、変調位相データは周波数変調されて
いるのみならず、更に、所定位相区間に対応してその位
相値が変更されることになる。読み出し手段では、周波
数変調され且つ所定位相区間でその位相値が変更された
前記変調位相データに基づき記憶手段から前記所定波形
を読み出すのであるが、実際に読み出される波形は所定
波形と同じではなく、周波数変調され且つ所定位相区間
でその位相値が変更された変調位相データの変動に応じ
て、周波数変調された複雑な波形である。

これにより、周波数変調された変調位相データが、更
に、その位相値が示す所定位相区間に対応して、該位相
値が変更されることになり、通常の周波数変調よりもよ
り一層複雑に周波数変調若しくは位相変調された波形信
号を得ることができる。従って、多様な音色制御を、変
調位相データの特定の位相区間において該変調位相デー
タの位相値そのものを更に変更するという極めて簡単な
構成により、容易に実現することができる。

特に、この発明においては、特定手段で判定する変調位
相データは、変調信号によって複雑に変調されるもので
あるので、この変調位相データそれぞれ自体の変化が非
直線的であり、判定基準となる所定値を変えることな
く、変調位相データそれ自体の非線形的変化に従って、
特定される所定位相区間の幅が複雑に変動することにな
る。従って、そのような変動に特有の複雑な形態で該変
量位相データの位相値を更に変更することができるとい
う優れた効果を奏する。

〔実施例〕

第１図は周波数変調（以下、ＦＭと略記）演算型の楽音
合成装置におけるこの発明の一実施例を示すブロック図
であり、大別して変調波関数発生部１０と被変調波半数
発生部材２０および被変調波すなわち搬送波の位相変調
を行うための加算器３０を備えている。変調波関数発生
部１０では、変調波位相角データωmtに応じて正弦波テ
ーブル１１から正弦波形データsinωmtを読み出し、こ
れに変調指数データＩ(t)を乗算器１２で乗算して変調
波データとして出力する。加算器３０では、搬送波位相
角データωctに対して乗算器１２から出力された変調波
データＩ(t)・sinωmtを加算し、搬送後の位相変調を行
う。

被変調波関数発生部２０は、加算器３０から出力された
位相変調済みの搬送波の位相角データθ（＝ωct＋Ｉ
(t)・sinωmt）に従って所定の被変調波関数を発生し、
この被変調波関数に基づき楽音信号Ｇを出力する。

この第１図の実施例では、この被変調波関数発生部２０
にこの発明が適用されている。

すなわち、被変調波関数発生部２０はシフト回路２１、
制御回路２２、正弦波テーブル２３、乗算器２４とから
構成され、加算器３０から入力される搬送波の位相角デ
ータθはシフト回路２１において上位ビット側または下
位ビット側へ所定ビット数だけシフトされる。この場合
のシフト方向およびシフト量は制御回路２２から出力さ
れる位相シフトデータＳＦＴによって支持され、しかも
位相シフトデータＳＦＴは位相角データθの１周期にお
ける特定位相区間でのみ出力される。さらに、位相シフ
トデータＳＦＴが出力される特定位相区間は音色選択信
号ＴＣに応じて変更される。従って、上位ビット側への
シフト量を＋ｊ，下位ビット側へのシフト量を−ｊとす
れば、位相角データθはその１周期の特定位相区間にお
いてｋ倍（但し、ｋ＝2^±j）される。

特定位相区間がｋ倍された位相角データθ′は正弦波テ
ーブル２３に対してアドレス信号として入力される。正
弦波テーブル２３では位相角データθ′が入力される
と、この位相角データθ′に対応した正弦波位相の正
弦、波形データsinθ′が読み出される。

説明を簡単にするために、位相角データθを第２図(a)
に示すように単純に増加するデータとした場合（θ＝ω
ctとした場合）制御回路２２は位相角データθが「０〜
２π」まで変化する間に音色選択信号ＴＣに応じて例え
ば第２図(b)に示すようにｊ＝０、ｊ＝＋１の位相シフ
トデータＳＦＴを出力する。これにより、シフト回路２
１からは第２図(c)に示すようにπ〜２πまでの位相区
間において元の位相角データθを２^１倍した位相角デー
タθ′が出力されるものとなる。

この結果、正弦波テーブル２３からは第２図(d)に示す
ようにπ〜２πまでの位相区間において破線で示す1/2
周期の正弦波形データに代えて１周期の正弦波形データ
sinθ′が読み出される。

すなわち、元の位相角データθの一周期の間の特定位相
区間において、残りの位相区間とは異なる波形形状の正
弦波形データsinθ′が読み出される。このようにして
正弦波形テーブル２３から読み出された正弦波形データ
sinθ′は乗算器２４に供給され、ここで振幅係数デー
タＡ(t)が乗算されることによって振幅の設定制御が行
われ、楽音信号Ｇとして出力される。

この楽音信号Ｇは、正弦波テーブル２３から読み出され
る正弦波形データsinθ′の波形形状が第２図(d)に示す
ように特定位相区間において変更されているため、多数
の高調波成分を含んだものとなり、第３図に示すように
複雑な周波数スペクトルを示すものとなる。

従って、多項式の複雑な変調演算を行うことなく、簡単
な構成で多数の高調波成分を含む楽音信号を得ることが
できる。

ところで、この実施例において用いられる各パラメータ
ωmt，Ｉ(t)，ωct，ＴＣ，Ａ(t)は、第４図に示すよう
な回路から与えられる。第４図において、鍵盤回路４０
は電子楽器の鍵盤で押圧された鍵を検出し、押鍵データ
を出力する。位相データ発生回路４１は、鍵盤回路４０
から与えられる押鍵データに応じて押圧鍵の音高に対応
する周期で変化する変調波位相角データωmtと搬送波位
相角データωctを発生する。

一方、エンベロープ発生器４２は、鍵盤回路４０から鍵
の押圧時に発生されるキーオン信号ＫＯＮに応答して時
間的に順次変化する変調指数データＩ(t)および振幅係
数データＡ(t)を発生する。これら位相データ発生回路
４１およびエンベロープ発生器４２には、音色選択回路
４３から音色選択信号ＴＣが与えられ、ωctとωmtの周
波数比およびＩ(t)，Ａ(t)の時間関数の波形形状が選択
音色に応じて制御される。

なお、第１図の実施例において、位相角データθの変更
は該位相角データθを上位ビット側または下位ビット側
へ所定ビット数だけシフトすることによって行っている
が、第５図に示すようにシフト回路に代えてビット禁止
回路２５を設けると共に、音色選択信号ＴＣに応じた特
定位相区間において上記ビット禁止回路２５に入力され
る位相角データθのうち例えば下位３ビットのビットデ
ータの送出を禁止するための制御信号ＩＮＨを発生する
制御回路２６を設け、例えば位相角データθの１周期
「０〜２π」のうち「π〜２π」までの特定位相区間に
のみ上記制御信号ＩＮＨを発生して「π〜２π」までの
位相区間においては位相角データθの下位３ビットは
“０”になるように変更してもよい。このようにした場
合、正弦波テーブル２３から読み出される正弦波形デー
タsinθ′は第６図に示すように「π〜２π」までの位
相区間において階段状に変化する波形形状となり、複雑
な波形形状の楽音信号Ｇを得ることができる。

なお、以上の説明では、被変調波関数発生部２０にこの
発明を適用した場合を示したが、これに代えて変調波関
数発生部１０にこの発明を適用するようにしてもよい。
すなわち、変調波関数発生部１０を第７図に示すように
構成し、変調波位相角データωmtをシフト回路１３にお
いて音色選択信号ＴＣに応じて制御回路１４から出力さ
れる位相シフトデータＳＦＴに従って上位ビット側また
は下位ビット側に所定ビットだけシフトすることにより
変更し、この変更された変調波位相角データωmt′を正
弦波テーブル１１のアドレス信号として入力するように
構成する。この結果、多くの高調波成分を含む変調波関
数を発生させることができる。

この場合、シフト回路１３および制御回路１４は第５図
で示したような構成に置換してもよい。また、変調波関
数発生部１０と被変調波関数発生部２０の両方共にこの
発明を適用してもよい。

さらに、第１図において正弦波テーブル１１の出力波形
データを破線で示すように入力側にフィードバックし、
この出力波形データによって位相角データωmtを変調す
れば、さらに複雑な高調波成分を有する楽音信号Ｇを得
ることができる。さらにまた、制御回路２２，２６，１
４から発生する制御信号ＳＦＴ，ＩＮＨは音色選択信号
ＴＣだけでなく、時間経過に従って変化するエンベロー
プ波形信号などに応じてもその発生条件を変えるように
してもよい。

ところで、この発明による被変調波関数または変調波関
数の波形変更機能と他の波形変更機能とを組合せ、第８
図に示すような被変調波関数または変調波関数発生用の
オペレータユニットＯＰＵを構成することにより、さら
に複雑に変化する波形形状の楽音信号を発生させること
ができる。

すなわち、位相角データｘをシフタ９０に入力、波形制
御部９１から与えられる位相シフトデータＡＳＦＴで指
示されるシフト量だけ位相角データｘを上位ビット側ま
たは下位ビット側にシフトすることにより、１周期がｋ
倍（但し、ｋ＝2^±j、ｊはシフト量であり、＋ｊは上位
ビット側へのシフトを示し、−ｊは下位ビット側へのシ
フトを示す。この±ｊはデータＡＳＦＴによって指示さ
れる）された位相角データｋｘを取り出す。次に、正弦
波形データを対数値ｌｏｇsinｘで記憶した波形テーブ
ル９２に対し、この位相角データｋｘをアドレス信号と
して入力し、この波形テーブル９２からｌｏｇsinｋｘ
の正弦波形データを読み出す。次に、この正弦波形デー
タｌｏｇsinｋｘをシフタ９３に入力し、波形制御部９
１から与えられる波形シフトデータＤＳＦＴで指示され
るシフト量だけ上位ビット側または下位ビット側にシフ
トすることにより、正弦波形データｌｏｇsinｋｘを波
形データｍ・ｌｏｇsinｋｘに変更する。ここで、ｍ＝2
^±iであり、ｉは上位ビット側へのシフトを示し、−ｉ
は下位ビット側へのシフトを示す。この±ｉは波形デー
タＤＳＦＴによって指示される。次に、この波形データ
ｍ・ｌｏｇsinｋｘを対数リニア変換器９４に入力し、
自然数の波形データ（sinｋｘ）^ｍに変換する。すなわ
ち、シフタ９３におけるシフト量±ｉを例えばｉ＝１と
した場合（波形テーブル９２の出力を上位ビット側また
は下位ビット側に１ビットシフトした場合）には、（si
nｋｘ）^２またはの波形データが得られる。

次に、この波形データ（sinｋｘ）_ｍをセレクタ９５を
介してゲート９６に入力し、波形制御部９１から与えら
れる制御信号ＩＮＨが“１”となる特定位相区間だけ出
力する。さらに、この特定位相区間の波形データ（sin
ｋｘ）_ｍに波形制御部９１から与えられる正，負の極性
の符号データＳＤを付加して外部に出力する。

ここで、位相シフトデータＡＳＦＴ，波形シフトデータ
ＤＳＦＴ、セレクタ９５のセレクト制御信号ＳＥＬ，制
御信号ＩＮＨおよび符号データＳＤは音色選択信号ＴＣ
に応じてことなるように制御される。そして、特定の選
択音色においてはシフタ９０から出力される位相角デー
タｋｘがセレクタ９５によって選択され、ゲート９６を
介して出力される。

従って、ＤＳＦＴで指示される波形シフト量±ｉを＋
１，ＡＳＦＴで指示される位相シフト量±ｊを０，制御
信号ＩＮＨが“０”となる位相区間をπ〜２π，セレク
タ９５をＡ入力選択状態（対数リニア変換器９５の出力
を選択出力する）にし、符号データＳＤを０〜πの位相
区間で正とした場合、第９図(a)に示すようにsinＸ^２の
波形データ０〜πの位相区間の間のみ得られる。

また、波形制御部９１から出力するデータＡＳＦＴ等を
次の第１表に示すように設定することにより、第９図
(b)に示すような波形形状の波形データが得られる。

さらに、波形制御部９１から出力するデータＡＳＦＴ等
を次の第２表〜第５表に示すように設定することによ
り、第９図(c)〜第９図(f)に示すような波形形状の波形
データが得られる。

従って、このようなオペレータユニットＯＰＵを用いて
被変調関数または変調波関数を発生することにより、さ
らに複雑な波形形状の変調波関数や被変調波関数、さら
に楽音信号を発生することができる。この場合、オペレ
ータユニットＯＰＵに入力する位相角データｘを変更す
るのみで、被変調波関数または変調波関数を選択的に発
生できるため、被変調波関数および変調波関数を共通の
回路で容易に発生させることができ、コストの低減化を
図れるという利点がある。

なお、この発明は１項からなるＦＭ変調演算に限らず、
多項または多重あるいは巡回型のＦＭ変調演算式を用い
た楽音合成方法においても適宜の箇所で適用できるもの
はもちろんである。

また、変調波関数および被変調波関数の発生のためにそ
れぞれ専用の波形テーブルを用いてもよいが、１つの波
形テーブルを時分割使用して各関数を発生させるように
してもよい。また、波形テーブルには正弦波に限らず、
余弦波，三角波、矩形波，その他複雑な波形の波形デー
タを記憶させるようにしてもよい。さらに、変調演算は
デイジタル演算に限らず、アナログ演算で行うようにし
てもよい。

また、制御回路２２，２６，１４，５２から発生する制
御信号ＳＦＴ，ＩＮＨの発生条件を楽音発生時からの時
間経過に伴って順次変化させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように発明によれば、変調信号
によって基本位相データを変調することにより形成され
る変調位相データの位相値に基づき、この位相値が所定
値の範囲にある所定位相区間を特定するようにし、該変
調位相データのうち特定された所定位相区間に対応する
部分の位相値を更に変更し、こうして周波数変調され且
つ所定位相区間でその位相値が変更された変調位相デー
タに基づき記憶手段から所定波形を読み出すようにした
ため、通常の周波数変調よりもより一層複雑に周波数変
調若しくは位相変調された波形信号を得ることができ
る。従って、多様な音色制御を、変調位相データの特定
の位相区間において該変調位相データの位相値そのもの
を更に変更するという極めて簡単な構成により、容易に
実現することができる。これにより、回路の小型化と低
コスト化が図れるうえ、多様な音色の楽音信号を簡単な
制御によって合成できるという優れた効果を奏する。

また、この発明においては、特定手段で判定する変調位
相データは、変調信号によって複雑に変調されるもので
あるので、この変調位相データそれ自体の変化が非直線
的であり、判定基準となる所定値を変えることなく、変
調位相データそれ自体の非線形的変化に従って、特定さ
れる所定位相区間の幅が複雑に変動することになる。従
って、そのような変動に特有の複雑な形態で該変調位相
データの位相値を更に変更することができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦＭ演算型の楽音合成装置におけるこの発明の
一実施例を示すブロック図、第２図は第１図の各部出力
波形の一例を示す図、第３図は第１図の実施例において
得られる楽音信号の周波数スペクトルの一例を示す図、
第４図は第１図で用いる各種演算パラメータを発生する
回路の一例を示すブロック図、第５図は第１図の実施例
において位相データを変更する部分の他の例を示すブロ
ック図、第６図は第５図の回路の動作を説明するために
波形図、第７図は変調波関数発生部にこの発明を適用し
た一実施例を示すブロック図、第８図はこの発明による
被変調波関数または変調波関数の波形変更機能と他の波
形変更機能とを組み合せて被変調波関数または変調波関
数を発生するために用いられるオペレータユニットの一
実施例を示すブロック図、第９図は第８図のオペレータ
ユニットから得られる関数波形の形状の一例を示す図で
ある。１０……変調波関数発生部、２０……被変調波関数発生
部、１１，２３……正弦波テーブル、２２，２６……制
御回路、１３，２１……シフト回路、２５……ビット禁
止回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の波形を記憶した記憶手段と、該記憶手段から前記所定波形を読み出して所定音高の楽
音を形成するための基礎となる基本位相データを発生す
る基本位相データ発生手段と、変調信号を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号を前記基本位相データに導入し変調位相デ
ータを形成する変調位相データ形成手段と、前記変調位相データの示す位相値に基づき、該変調位相
データが所定値の範囲にある所定位相区間を特定する特
定手段と、前記変調位相データのうち前記特定手段で特定された所
定位相区間に対応する部分の位相値を変更する変更手段
と、前記変更手段で変更された変調位相データに基づき前記
記憶手段から前記所定波形を読み出す読み出し手段とを具える楽音合成装置。
【請求項２】前記変更手段は、前記変調位相データを構
成する複数ビットのビットデータのうち所定のビットデ
ータを前記特定された所定位相区間において禁止するこ
とにより、該変調位相データの位相値を変更することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の楽音合成装置。
【請求項３】前記変更手段は、前記特定された所定位相
区間において、前記変調位相データを上位ビット側また
は下位ビット側へ所定ビット数だけシフトすることによ
り、該変調位相データの位相値を変更することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の楽音合成装置。
【請求項４】前記特定手段は、前記所定位相区間に該当
する位相値の範囲を可変設定できることを特徴とする特
許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の楽音
合成装置。
【請求項５】前記所定位相区間に該当する位相値の範囲
が、合成すべき楽音信号の音色に対応して設定されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の楽音合成装
置。