JPH0713793B2

JPH0713793B2 - 楽音発生装置

Info

Publication number: JPH0713793B2
Application number: JP2070503A
Authority: JP
Inventors: 朗飯塚; 啓二川上
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: US5218156A; JPH03269582A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は電子楽器等における楽音発生装置に関し、詳
しくは、任意のFMオペレータ（FM音源）の出力を反転さ
せ、その反転出力を用いてより自由度の高い音色変化を
可能とした楽音発生装置に関する。

［従来の技術］従来、周波数変調方式を利用した音源であるFMオペレー
タは、簡単な数式の演算によって多くの部分音もしくは
倍音を発生し、特にピアノ等の打楽器音や管楽器の合成
に有効なものとして広く知られている。このFMオペレー
タにおいては、楽音信号の波形データを記憶した波形メ
モリを所望の繰返し周波数のアドレス信号でアクセスし
て波形データを読み出し、これに基づいて楽音信号が生
成される。

そして、これを発展させ、波形メモリから波形データを
読み出す際に、読み出した波形データの振幅値を適当な
帰還率で波形メモリのアドレス入力側に帰還して読出し
アドレスを変調することにより、波形メモリの波形デー
タとは異なる多様な波形を得るようにしたものが知られ
ている（特公昭61−20875号公報）。

また、周波数変調のアルゴリズム（オペレータ相互の変
調や加算の組合せ）を種々用意して多くのバリエーショ
ンに富んだ楽音が得られるようにし、さらには時分割に
より、１つの基本波形（正弦波）メモリを共用して複数
オペレータに関する演算を行なえるようにした楽音信号
形成装置も開示されている（特公昭64−4199号公報）。

［発明が解決しようとする］しかしながら、上述従来技術においては、あるFM項（キ
ャリアとモジュレータの組）が発生した楽音から倍音を
一部除くなどの処理をする場合、別にフィルタなどを用
いる必要がある。また、適当なアルゴリズムを選んで楽
音を合成する場合、オペレータの周波数関係によって
は、矩形波系の楽音が得られるのであるが、デューティ
が時変するPMW系波形の合成は得にくいという問題があ
る。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
FMオペレータを用いた楽音発生装置において、上述のよ
うな合成しにくい楽音波形信号が容易に得られるように
することにある。

［課題を解決するための手段］上記問題点を解決するため本発明の楽音発生装置は、発
生されるべき楽音の基本的波形データを記憶した波形メ
モリと、この波形メモリをアクセスするアドレス信号と
しての位相情報を、外部から入力される楽音指定情報信
号および変調信号に基づいて発生する位相情報発生手段
と、この位相情報にしたがって波形メモリから読み出さ
れる波形信号の振幅を反転して出力するかそのまま出力
するか選択可能な出力反転手段とを備えた複数のFMオペ
レータ、およびこの複数のFMオペレータの接続を任意に
組み合わせる接続制御手段を具備する。

通常、前記複数のFMオペレータの接続は、FMオペレータ
同士の出力を加算して出力する加算手段によるもの、お
よび、あるFMオペレータの出力を他のオペレータにおけ
る位相情報に加算してその位相情報に変調を加える加算
手段によるものを含み、前記接続制御手段は各FMオペレ
ータ間の接続が前記いずれの加算手段によるものかを選
択して各FMオペレータ間の接続を組み合わせるものであ
る。

［作用］この構成において、あるFMオペレータから出力される信
号の振幅が反転しており、他のFMオペレータの出力が反
転していなければ、これらを加え合わせると互いに対応
する周波数成分が打ち消し合うことになる。したがっ
て、双方の出力特性を適宜適当に設定することにより、
これらを加え合わせて得られる楽音信号に種々の音色変
化が与えられる。

例えば、加算手段において加算される双方の出力とし
て、相互に反転した鋸歯状波が出力されるように設定す
れば、これらを加算した出力として、PWM状波が得られ
る。また、対応する周波数成分が打ち消し合うことか
ら、ある周波数成分に対するフィルタとして作用する場
合もある。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る楽音発生装置を備えた
電子楽器の構成を示すブロック図である。並列２系列構
成によるFMアルゴリズムを用いたこの電子楽器は、鍵盤
等を有する演奏操作子１、楽音の音色等を設定し表示す
る各種設定・表示部２、演奏操作子１および各種設定・
表示部２における操作・設定に基づき楽音指定情報信号
を発生する楽音指定情報発生部３、この楽音指定情報信
号に基づき楽音信号等を生成して出力する３つのFMオペ
レータ４〜６、および、これらオペレータの出力を加算
して出力する加算器７を備える。楽音指定情報信号は、
鍵盤で押鍵があった旨を示すキーオン信号KON、押鍵さ
れた鍵の周波数に対応する各オペレータ４〜６における
周波数ナンバFN1〜FN3、各オペレータ４〜６におけるエ
ンベロープ波形に関する各種パラメータEGP1〜EGP3、オ
ペレータの出力の振幅レベルを定めるアウトレベルOL、
各オペレータ４〜６における帰還率FB1〜FB3、ならびに
各オペレータ４〜６の出力を反転させるか否かを示す信
号P1〜P3を含む。

オペレータ４はキーオン信号KONおよび周波数ナンバFN1
に基づき一定間隔で順次変化する位相の情報PHを出力す
る位相情報発生手段８、この位相情報PHによってアドレ
スされ、その位相部分の波形レベルを順次出力する基本
波形メモリ９、キーオン信号KON、パラメータ信号EGP1
およびレベル信号OLに基づき、メモリ９から順次出力さ
れる各位相部分の波形レベルに乗ずべきEG信号を出力す
るエンベロープジェネレータ10、メモリ９の出力とエン
ベロープジェネレータ10の出力とを乗じて出力する乗算
器11、信号P1に基づき乗算器11の出力を反転し（P1＝１
のとき）あるいはそのまま非反転で（P1＝０のとき）出
力する出力反転器12、位相情報発生部８とメモリ９との
間に挿入され、出力反転器12の出力を帰還させるための
加算器13、および、出力反転器12と加算器13との間に挿
入され、帰還率信号FB1を出力反転器12の出力に乗じて
帰還率を設定する乗算器14を備える。

オペレータ５および６も同様の構成を有する。ただし、
オペレータ５はオペレータ４に対するモジュレータとし
て作用しオペレータ４はそのキャリヤとして作用する。
すなわち、オペレータ５の出力は変調波MD1としてオペ
レータ４の加算器13に加えられ、これによって位相情報
PHにはさらに変調が加えられる。

この構成において、演奏操作子１のいずれかの鍵を押鍵
すると、その鍵に対応する楽音指定情報が楽音指定位相
情報発生部３から出力され、そのキーオン信号KONおよ
び周波数ナンバRN1に基づいて位相情報が位相情報発生
部８から出力され、位相入力変数PHとして加算器13に加
えられる。加算器13にはまた、出力反転器12の出力が帰
還され、かつオペレータ５からの変調信号MD1が加えら
れて、これらを加算した信号PHSで基本波形メモリ（通
常は正弦波メモリ）９からの読出しが行なわれる。読み
出された波形信号WM1は乗算器11によってエンベロープ
ジェネレータ10からのエンベロープ情報が付与されて信
号WEGとなり、出力反転器12に入力される。ここでも
し、反転出力信号P1が論理「１」の場合は信号EGを反転
した信号WD1が出力反転器12から出力される。論理
「０」の場合は信号WEGがそのまま信号WD1として出力さ
れる。

ここで例えば、基本波形メモリ９が正弦波メモリであ
り、信号P1が「１」（反転動作）、帰還量がFB1、エン
ベロープジェネレータの出力が「１」、かつオペレータ
５の出力MD1が０であるとすれば、得られる楽音波形−s
in（PHS）の位相入力PHS（加算器13の出力）は、位相入
力変数PHの関数 PHS＝PH＋（−１）・FB1・sin（PHS）＝PH＋FB1・sin（PHS−π）で表わされる。したがって、（PHS−π）＝（PH−π）＋FB1・sin（PHS−π）であり、この式の解析結果から、得られる楽音波形WD1
は、 WD1＝−sin（PHS）＝sin（PHS−π）＝Σ｛2/（ｎ・FB1）｝・Ｊ_ｎ（ｎ・FB1）・sin｛ｎ
・（PH−π）｝であることが確かめられている。ただしここで、Ｊ
_ｎ（ｎ・FB1）は、ｎを次数とし、（ｎ・FB1）を変調指
数とするベッセル関数である。第２図および第３図はそ
れぞれ出力反転器12の具体的構成を示す回路図である。

第２図の場合は、それぞれ一方の入力側に反転出力信号
P1が入力されたｎ個の排他的論理和回路EOR1〜EORnの他
方の入力側に乗算器11からの信号WEGのｎビットデータ
の各ビットが入力され、各排他的論理和回路EOR1〜EORn
の出力側はハーフアダー21に接続され、ハーフアダー21
のキャリーインには反転出力信号P1が入力される。した
がって、反転出力信号P1が「１」のときは、２の補数表
現されたｎビットデータは、各排他的論理和回路EOR1〜
EORnで反転されてハーフアダー21に入力されるとともに
反転出力信号P1の「１」が加えられ、これによって、符
号が反転されたデータWD1がハーフアダー21から出力さ
れる。反転出力信号が「０」のときは信号WEGがそのま
ま信号WD1として出力される。

第３図の場合は、信号WEGそのままのデータと、乗算器3
1で「−１」が乗ぜられたとがセレクタ32に入力され
る。そして、反転出力信号P1が「０」のときは信号WEG
そのままのデータが選択され、「１」のときは「−１」
を乗じたデータが選択されて信号WD1として出力され
る。

第４図は本発明の他の実施例に係る楽音発生装置のブロ
ック図である。この装置はキャリヤとしてのFMオペレー
タ41および42、ならびにそれぞれのモジュレータとして
のFMオペレータ43および44を備え、各FMオペレータ41お
よび42の出力は加算器45で加算されて出力されるように
なっている。

今、この並列２キャリヤのアルゴリズムにおいて、基本
的な各パラメータは各オペレータで同等にしておき、各
オペレータ41〜44に入力される周波数ナンバーFN1〜FN4
の比のみをFN1:FN2＝FN3:FN4＝2:1として、オペレータ4
2のみにおいて反転出力を行ない、適宜、その出力レベ
ルを信号OL2によって制御するとすれば、オペレータ41
が出力する楽音スペクトルの第2m倍音（ｍ＝1,2……）
の制御が可能である。

第５図はこの様子を示すもので、同図（ａ）および
（ｂ）はそれぞれオペレータ41が出力する楽音波形Ａお
よびＢのスペクトル分布を示す。反転されていない出力
Ａのスペクトル分布に対し、出力が反転され、かつ周波
数ナンバーがオペレータ41の系列の２倍である出力Ｂの
スペクトル分布は、レベルが反転しており、かつ出力Ａ
の第2m倍音に対応してスペクトルが現われる。したがっ
て、楽音波形ＡとＢを加算器45で加算した波形Ａ＋Ｂ
は、楽音波形Ａにおいてその第2m倍音が対応する楽音波
形Ｂのレベルで打ち消され、第2m倍音をフィルタリング
した効果が得られる。

すなわち、双方系列の周波数比を適宜選択することによ
り、種々の倍音調整を行なうことができ、種々の音色変
化を得ることができる。

第６図は、さらにPWM系の波形を得る例を示す説明図で
ある。

単純な周波数変調においては、モジュレータとキャリヤ
の周波数比を2:1などにすると偶数倍音が抜けた、すな
わち、方形波系の楽音が得られることが知られている
が、PWM系の楽音を従来のFMオペレータで得ることは簡
単ではなかった。しかし、上述したフィードバック付の
キャリヤオペレータにおいて、フィードバックレベルを
適当に設定すると、第６図（ａ）に示すような鋸歯状波
に近い波形出力が得られることがわかっているが（例え
ば、特公昭61−20875の第11図参照）、この性質と上述
の出力反転を利用することにより、間単にPMW系の波形
を得ることができる。

すなわち、上述の第４図に示す構成において、周波数ナ
ンバをFN1:FN2＝1:1とし、オペレータ44はオペレータ42
に対してビブラート的な周波数変調を与えるモジュレー
タとして設定する。そして簡単のため、双方の系列にお
いて振幅の変化はなく、理想的な鋸歯状波が得られると
すれば、オペレータ41および42からそれぞれ第６図
（ａ）および（ｂ）に示すような波形ＡとＢが出力さ
れ、これらを加えた波形Ａ＋Ｂは同図（ｃ）に示すよう
な波形となる。オペレータ44によるピッチの揺らぎ成分
がオフセット的に付与されているが、同図（ｄ）に示す
ように、基本的にはこの揺らぎにPWM波が乗ったPWM系の
波形が得られることが分かる。

なお上述においては単純なキャリヤ並列構成のFMアルゴ
リズムを例にして述べたが、このオペレータ構成に限定
されるものではない。より多数のオペレータを種々組み
合わせたアルゴリズムで出力反転器の機能を利用すれ
ば、より多様な楽音合成が可能であることは自明であ
る。

また、時分割多重処理により、多数のオペレータに関す
る演算、複音化を行なってもよい。時分割処理による基
本構成は、特公昭64−4199、特公昭63−22319などによ
り既に公知である。

また、出力反転の示（信号Ｐ）をスタティックに設定す
る構成を示したが、鍵或やピッチ、タッチなど演奏指示
に応じて、Ｐの設定を適宜変化させるのもよい。

また、オペレータの最終出力を出力反転器で反転させる
構成を示したが、EG波形を正負反転させるようにしても
よい。

さらに、オペレータとしての出力およびオペレータ内で
フィードバックする信号のそれぞれに独立に出力反転器
を持たせてもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、任意のFMオペレー
タの出力を反転して出力できるようにしたため、各オペ
レータの出力を加え合わせて得られる楽音信号に種々の
音色変化を与えることができる。

例えば、加算手段において加算される双方の出力とし
て、相互に反転した鋸歯状波が出力されるように設定す
れば、これらを加算した出力として、PWM状波を得るこ
とができる。また、対応する周波数成分が打ち消し合う
ことから、ある周波数成分に対するフィルタとして作用
させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る楽音合成装置を備え
た電子楽器の構成を示すブロック図、第２図および第３図は、それぞれ第１図の装置の出力反
転器の具体例を示す回路図、第４図は、本発明の他の実施例に係る楽音発生装置のブ
ロック図、第５図（ａ）および（ｂ）は、第４図の装置における出
力例を示す説明図、そして第６図（ａ）〜（ｄ）は、第４図の装置におけるPWM系
波合成の様子を示す説明図である。 4,5,6,41〜43:FMオペレータ、8:位相情報発生器、9:基
本波メモリ、10:エンベロープジェネレータ、12:出力反
転機、7:加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発生されるべき楽音の基本的波形データを
記憶した波形メモリと、この波形メモリをアクセスする
アドレス信号としての位相情報を、外部から入力される
楽音指定情報信号および変調信号に基づいて発生する位
相情報発生手段と、この位相情報にしたがって波形メモ
リから読み出される波形信号の振幅を反転して出力する
かそのまま出力するか選択可能な出力反転手段とを備え
た複数のFMオペレータ、およびこの複数のFMオペレータ
の接続を任意に組み合わせる接続制御手段を具備するこ
とを特徴とする楽音発生装置。
【請求項２】前記複数のFMオペレータの接続は、FMオペ
レータ同士の出力を加算して出力する加算手段によるも
の、および、あるFMオペレータの出力を他のオペレータ
における位相情報に加算してその位相情報に変調を加え
る加算手段によるものを含み、前記接続制御手段は各FM
オペレータ間の接続が前記いずれの加算手段によるもの
かを選択して各FMオペレータ間の接続を組み合わせるも
のである、請求項１記載の楽音発生装置。