JPH0652474B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

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５４−７５７
０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
５７−７５７０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又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に基
づき前記記憶手段から周波数変調された前記所定波形を
読み出す読み出し手段と、前記周波数変調された所定波
形の各振幅値のうち前記特定手段によって特定された位
相区間に対応している振幅値を変更する変更手段とを具
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。従って、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。読み
出し手段では、該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。変更手段では、前記周波数変調された所定
波形の各振幅値のうち前記特定手段によって特定された
位相区間に対応している振幅値を変更する。

これにより、記憶手段から読み出された周波数変調され
た複雑な波形信号が、変更手段において特定された位相
区間において更に変更され、楽音波形の変更制御を達成
することができる。従って、多様な音色制御を、特定の
位相区間において波形振幅値を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波形振幅値
を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と被変調波関
数発生部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、搬送波の位
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ωｃｔ＋Ｉ(t)・s
inωｍｔ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は正弦波テーブル２
１、禁止制御回路２２、ゲート２３、乗算器２４とから
構成され、正弦波テーブル２１では加算器３０から搬送
波の位相角データθ（θ＝ωｃｔ＋Ｉ(t)・sinωｍｔ）
がアドレス信号として入力されると、この位相角データ
θに応じて正弦波形データsinθが読み出される。この
正弦波形データsinθはゲート２３に供給される。

一方、位相角データθは禁止制御回路２２に対しても供
給される。この禁止制御回路２２は、位相角データθの
１周期における特定位相区間で“０”の制御信号▲
▼を出力する。この制御信号▲▼が“０”とな
る特定位相区間は音色選択信号ＴＣに応じて変更され
る。そして、この制御信号▲▼はゲート２３に与
えられる。これにより、正弦波テーブル２１から読み出
された正弦波形データsinθは、制御信号▲▼が
“０”となっている間出力が禁止される。

説明を簡単にするために、位相角データθを例えば第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＝ωｃｔとした場合）、禁止制御回路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に応じて第２図(b)に示すような制御信号▲
▼を出力する。この結果、ゲート２３からは第２図(c)
に示すように正弦波の特定位相区間の振幅が零となった
波形データが出力される。なお、この第２図(c)に示す
波形は第３図のような周波数スペクトルをもつ。

このようにして、ゲート２３において特定位相区間が変
更された正弦波形データは乗算器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。

従って、音色選択信号ＴＣに応じて禁止制御回路２２か
ら出力される制御信号▲▼を第２図(d)に示すよ
うに変更した場合、ゲート２３から出力される波形デー
タは第２図(e)に示すようなものとなる。

このようにして被変調波関数発生部２０から出力される
楽音信号Ｇは、第２図(c)，(e)の波形形状からも明らか
なように、多数の高調波成分を含んだものとなる。

この結果、簡単な構成で多数の高調波成分を含む楽音信
号Ｇ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、この第１図の実施例において、正弦波テーブル２
１から出力される正弦波形データsinθの変更は、特定
位相区間における正弦波形データsinθの出力をゲート
２３において禁止することによって行っているが、第５
図に示すように、正弦波形データsinθ、所定値ＦＤ１
およびＦＤ２をセレクタ２５に入力し、これら各入力信
号を選択するための選択制御信号ＳＥＬを第６図(a)に
示すように、θ＝０〜πの間ではsinθを選択するよう
に、θ＝π〜３／２πの間では所定値ＦＤ１を選択する
ように、またθ＝３／２π〜２πの間では所定値ＦＤ２
を選択するように構成することにより、第６図(b)に示
すようにさらに複雑に変化する波形形状の波形データを
得ることができる。なお、この第５図の構成を第１図の
実施例に適用するためには、第１図のゲート２３を第５
図のセレクタ２５に置換し、かつ第１図の禁止制御回路
２２を制御信号▲▼に代えて選択制御信号ＳＥＬ
を出力するように変更するものである。

また、第７図に示すように、正弦波形データsinθを乗
算器２６に入力し、さらに制御信号▲▼が“０”
のときは係数発生器２７から例えばＫ＝０．５の係数Ｋ
を、また信号▲▼が“１”のときはＫ＝１．０の
係数を位相角データθのπ／２毎に発生することによ
り、第８図(b)に示すように複雑に変化する波形形状の
波形データを得ることができる。なお、この第７図の構
成を第１図の実施例に適用するためには、第１図のゲー
ト２３を第７図の乗算器２６と係数発生器２７に置換す
るものである。

なお、以上の説明では、比変調波関数発生部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９図に示すように構
成し、変調波位相角データωｍｔに基づいて正弦波テー
ブル１１から発生される正弦波形データsinωｍｔをゲ
ート１３に入力すると共に、禁止制御回路１４に変調波
位相角データωｍｔを入力し、正弦波形データsinωｍ
ｔの特定位相区間を禁止制御回路１４から出力される制
御信号▲▼によって変更し、この変更された正弦
波形データに変調指数データＩ(t)を乗算器１２で乗算
することにより、多くの高調波成分を含む変調波関数を
発生させ、この変調波関数によってＦＭ演算を行うよう
にしてもよい。

この場合、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。また、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。

第１０図は振幅変調（以下、ＡＭと略記）演算型の楽音
合成装置の一例を示すブロック図であり、被変調波関数
発生部５０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５０は正弦波テーブル５１、禁止制御
回路５２およびゲート５３とから構成され、正弦波テー
ブル５１では搬送波の位相角データωｃｔがアドレス信
号として入力されると、この位相角データωｃｔに応じ
た正弦波形データsinωｃｔが読み出され、ゲート５３
に供給される。

一方、位相角データωｃｔは音色選択信号ＴＣと共に禁
止制御回路５２に供給される。これにより、禁止制御回
路５２は位相角データωｃｔの１周期において音色選択
信号ＴＣに応じた特定位相区間だけ“０”となる制御信
号▲▼を発生し、この制御信号▲▼をゲー
ト５３に供給する。

この結果、搬送波すなわち被変調波関数として正弦波テ
ーブル５１から読み出される正弦波形データsinωｃｔ
のうち特定位相区間のデータの送出が禁止され、第２図
(b)，(e)で示したのと同様の波形形状の被変調波関数が
出力されることになる。

一方、この被変調波関数を変調する変調波関数発生部６
０は、正弦波テーブル６１，乗算器６２および余弦波テ
ーブル６３を有しており、変調波位相角データωｍｔが
正弦波テーブル６１にアドレス信号として入力される
と、この正弦波テーブル６１から位相角データωｍｔに
応じた正弦波形データsinωｍｔが読み出される。この
正弦波形データsinωｍｔには乗算器６２で変調指数デ
ータＩ(t)が乗算された後、余弦波テーブル６３にアド
レス信号として供給される。これにより、余弦波テーブ
ル６３から余弦波形データcos｛Ｉ(t)・sinωｍｔ｝が
読み出される。この余弦波形データcos｛Ｉ(t)・sinω
ｍｔ｝は変調波関数として乗算器７０に供給され、被変
調波関数と乗算されることにより振幅変調演算が行われ
る。この乗算器７０の出力は、乗算器８０に供給され、
振幅係数データＡ(t)と乗算されることによって振幅の
設定制御がなされた後楽音信号Ｇとして出力される。

従って、この実施例においても被変調波関数自体が多く
の高調波成分を既に含んでいるため、最終的に得られる
楽音信号Ｇも多くの高調波成分を含むものとなる。

なお、この実施例においても被変調波関数の変更を第５
図および第７図で示したのと同様な構成によって行うよ
うにすれば、さらに多くの高調波成分を含む楽音信号を
発生させることができる。さらに、変調波関数発生部６
０にのみこの発明を適用してもよいし、被変調波関数発
生部５０の両方共にこの発明を適用してもよい。

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１
１図に示すように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に入力し、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
形デーブル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ｌｏｇ
sinｋｘ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９１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ｌｏｇsinｋ
ｘを波形データｍ・ｌｏｇsinｋｘに変更する。ここ
で、ｍは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９
４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、（sinｋｘ）^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▲▼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（si
nｋｘ）^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▲▼および符号データSDは音色選択信号Ｔ
Ｃに応じて異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▲▼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１２図(a)に示すようにsin
ｘ^２の波形データが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１２図
(b)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
被変調波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
らには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項から成るＦＭ，ＡＭ変調演算に限
らず、多項または多重あるいは巡回型のＦＭ，ＡＭ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
ディ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。

さらにまた、第１図，第９図および第１０図の実施例に
おいて、ゲート２３，１３，５３を正弦波テーブルの入
力側に設けるように変更し、入力データθ，ωｍｔ，ω
ｃｔを制御信号▲▼で制御するようにしてもよ
い。また、禁止制御回路２２，１４，５２の入力データ
はθ，ωｍｔ，ωｃｔに代えて正弦波テーブルの２１，
１１，５１出力データを入力し、この正弦波テーブルの
出力データの値に応じて制御信号▲▼を発生する
ようにすれば、例えば所定レベル以下の値が除去された
変調波関数または被変調波関数を得ることができる。こ
の場合、禁止制御回路２２，１４，５２の入力データを
音色に応じて正弦波テーブルの出力データまたは位相角
データθ，ωｍｔ，ωｃｔに切替えるようにすれば、さ
らに多様に変化する変調波関数または被変調波関数を得
ることができる。

また、禁止制御回路２２，１４，５２から発生する制御
信号▲▼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この発明によれば、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に特定するようにし、
この変調位相データに応じて読み出した周波数変調され
た波形信号の各振幅値のうち前記特定された位相区間に
対応している振幅値を変更するようにしたので、変調位
相データに応じて読み出された周波数変調された複雑な
波形信号が、前記特定された位相区間において更に変更
され、楽音波形の変更制御を達成することができる。従
って、多様な音色制御を、特定の位相区間において波形
振幅値を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波形振幅値
を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供給する
回路の一例を示すブロック図、第５図および第７図は第
１図の実施例において変調波または被変調波の関数波形
を変更する部分の他の例を示すブロック図、第６図およ
び第８図は第５図および第７図の回路の動作を説明する
ための波形図、第９図は変調波関数の発生部にこの発明
を適用した一実施例を示すブロック図、第１０図はＡＭ
演算型の楽音合成装置の一例を示すブロック図、第１１
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わせて被変調
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１２
図は第１１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。 １０，６０……変調波関数発生部、２０，５０……被変
調波関数発生部、１１，２１，５１，６１……正弦波テ
ーブル、１４，２２，５２……禁止制御回路、１３，２
３，５３……ゲート、２５……セレクタ、２６……乗算
器、２７……係数発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−87198（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−128498（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−170197（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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に基づき前記記憶手段から周波数変
   調された前記所定波形を読み出す読み出し手段と、 前記周波数変調された所定波形の各振幅値のうち前記特
   定手段によって特定された位相区間に対応している振幅
   値を変更する変更手段と を具える楽音合成装置。