JPH083716B2 - 波形合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子楽器等において用いられる波形合成
装置に関する。

〔発明の背景〕

従来より波形を表現するディジタル情報をメモリに記
憶しておき、それを発生すべき音高に応じた速度でアク
セスして、原波形を再現することが行われている。この
場合、メモリには、例えばPCM（Pulse Code Modulatio
n）にて表現される波形が、その出初めから出終りまで
の全期間について記憶されるのが一般的である。

ところで、このようなPCM技術を用いて波形情報を記
憶させる場合は、電子技術を製造するメーカー側で特定
の音源波形として選択したものを用いて、例えばROMに
記憶しておくのが一般的であって、演奏者が種々変更し
て望んだ波形を得ることができず汎用性に欠くものであ
った。

また、例えば使用者がマイクロフォンなどを介して自
然音を記録して、これを音源波形として用いて、任意の
音階音の楽音信号を発生することが行われているが、こ
の場合においても、記憶された波形を変化させることが
できず、面白味に欠けるものであった。

〔発明の目的〕

この発明は、上述の如き欠点を解消するためになされ
たもので、汎用性に富む波形合成装置を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

この発明の要点は、所定周期の波形を表現する波形情
報を入力し、更にこの波形に対するエンベロープ情報を
入力し、これらの情報から波形の出初めから出終りまで
の波形を表現する波形情報を発生させて記憶手段に記憶
させると共に、更に、新たに入力したエンベロープ情報
と既に記憶させてある全波形情報とをディジタル乗算さ
せて新たな音色の全波形を生成させて再び記憶手段に記
憶させることにあり、更に記憶させる際に記憶領域の全
域に全波形が過不足なく記憶可能なように制御すること
にある。

〔発明の実施例〕

以下この発明の実施例につき説明する。第１図は、こ
の発明の原理を示す第１の実施例であって、図中１は、
入力装置であり、各種キーボード装置あるいは文字、図
形入力装置が使用可能である。この入力装置１からは、
メモリ２に対して波形の１周期を示す波形情報を入力
し、またメモリ３に対してエンベロープを示すエンベロ
ープ情報を入力する。

いま、メモリ２はＭ分割されていて、波形１周期がＭ
サンプル点にて表現されるようになり、各サンプル点の
波高値がディジタル情報により記憶されることになる。
同様に、メモリ３はＮ分割されていて、音量を決定する
エンベロープがＮサンプル点にて表現され、ディジタル
情報により記憶される。

図中４は、波形合成部であって、上記メモリ２とメモ
リ３とから読出される情報を乗算等の演算によって、合
成して得られる波形情報を出力し、加算器５に供給す
る。そして、この加算器５の出力はメモリ６に供給され
る。

このメモリ６は、Ｌ分割されていて、波形の出初めか
ら出終りまでの全期間の波形情報をＬ個のサンプル点で
表現して記憶するものである。そして、このメモリ６に
記憶された波形情報がアクセスされて音響装置に送出さ
れることにより、当該音高音が発生される。

また、上記メモリ６の出力はスイッチ７を介して波形
合成部４にフィードバックされる。つまり、一度メモリ
６に記憶された波形情報に対して、上記メモリ３に記憶
されたエンベロープ情報を乗算して、新たに波形の出初
めから出終りまでの波形情報を得、それを再びメモリ６
に格納することができる。

また、上記メモリ６の出力は、スイッチ８を介して加
算器５に供給される。

つまり、メモリ６に記憶された波形の出初めから出終
りまでの全ての波形を表現する波形情報に対して、新た
に波形合成部４から出力される波形情報を加算合成し、
その結果得られる新たな波形の出初めから出終りまでの
全ての波形を表現する波形情報を上記メモリ６に書込む
ことができる。

次に、この第１図の動作につき第２図を参照して説明
する。

先ず、メモリ２とメモリ３とに夫々１周期の波形情報
とエンベロープ情報とが入力装置１の操作によりストア
される。そして、いまこのメモリ２の波形の周期を決定
する周波数ｆを指定する。波形合成部４では、この２つ
の情報を乗算して、サンプリング周波数fsampにて逐次
波形情報を算出しメモリ６へ送出する。

ところで、この波形合成は、次式で表現される処理を
行うことに相当する。

ここでｉ＝０〜Ｌ−１であり、各メモリ2,3,6のｉ番
目の値を、Ｗ〔ｉ−１〕、ｅ〔ｉ−１〕、ｔ〔ｉ−１〕
とし、％は、整数除算の余りを表わす。

つまり、 をＭで割ったときの余りを表現している。

従って、メモリ２は、繰返しアクセスされて波形情報
を出力し、メモリ３から出力されるエンベロープ情報と
乗算され、新たな波形情報が波形合成部４から発生し
て、メモリ６に書込まれる。

従って、以上の処理によって、１周期の波形情報とエ
ンベロープ情報とから、波形の出初めから出終りまでの
全ての波形を表現する波形情報が得られる。

次に、このメモリ６に記憶された波形情報と、上記同
様な処理によって、得られる波形情報とを合成して、新
たな波形情報を算出することについて説明する。

つまり、このときは、スイッチ８が閉じられることに
よって、メモリ２、メモリ３から得られる情報によって
算出される波形情報ｔ′〔ｉ〕と、予めメモリ６に記憶
されている波形情報ｔ〔ｉ〕とが合算されて、つまり次
式によって表現される処理を実行して得られる波形情報
が、メモリ６に記憶される。

従って、以上の説明から明らかなように、この処理を
繰返すことによって任意波形にエンベロープ乗算した波
形を、複数合成して任意波形を得ることができるように
なっている。

従って、例えば、メモリ２に記憶させる波形を正弦波
の基本波、２次高調波、３次高調波、……と変更してゆ
き、それに対応するエンベロープをメモリ３に独立的に
記憶させることによって、時間と共に高調波成分の合有
率が変化する正弦波合成方式の生計合成装置を得ること
ができる。

このようにして、時間と共に音色が変化する楽音の波
形情報を容易に得ることが可能である。

そして、次に、メモリ６に記憶された波形情報に対
し、全く異なるエンベロープを乗算する処理につき説明
する。即ち、スイッチ８を開放し、スイッチ７を閉じる
ことによってメモリ６に記憶された波形情報ｔ″〔ｉ〕
が、波形合成部４に供給され、メモリ３に記憶されたエ
ンベロープ評像ｅ″〔ｉ〕と波形合成部４にて乗算され
る。

つまり、その処理は次式にて表現される。

ｔ〔ｉ〕＝ｔ″〔ｉ〕×ｅ″〔ｉ〕 このように、一度メモリ６に記憶された波形の出初め
から出終りまでを表現する波形情報に、エンベロープ情
報を乗算して異なるエンベロープをもつ波形情報を算出
することを可能とするものである。

次に、この第１図に示した原理的回路構成を、具体的
なディジタル回路を用いて実現した第２の実施例につき
説明する。

メモリ12,13,16は第１実施例のメモリ2,3,6に対応
し、乗算器14は、第１実施例の波形合成部４に、加算器
15は、第１実施例の加算器５に対応し、ゲート17,18は
第１実施例のスイッチ7,8に対応する。なお、このゲー
ト17にはゲート開閉信号g₁が、ゲート18にはゲート開閉
信号g₂が印加される。

そして、メモリ12,13には図示しない入力装置から供
給される波形情報とエンベロープ情報とが記憶される。
そして、夫々のアドレスを指定するのが、アドレスカウ
ンタ19,20であり、プログラマブル分周器21,22の出力に
よって順次インクリメント動作する。そして、このプロ
グラマブル分周器21,22に対しては後述するような分周
比を決定する値がセットされ、基本クロックジェネレー
タ23が発生する基本クロックφをカウントし、そのキャ
リー出力が、上記アドレスカウンタ19,20のインクリメ
ント信号となる。

また、メモリ16の手前にはラッチ24があり、加算器15
出力がラッチされる。そして、このメモリ16のアドレス
を指定するのがアドレスカウンタ25であり、プログラマ
ブル分周器26から与えられるキャリー信号を入力して順
次インクリメント動作してアドレス信号を生成出力す
る。

即ち、プログラマブル分周器26には、後述するように
分周比を決定する値がプリセットされ、上記基本クロッ
クジェネレータ23が発生する基本クロックφをカウント
してそれに応じて発生するキャリー出力が上記アドレス
カウンタ25のカウント入力となるとともに、ラッチ24に
対する読込指令信号となる。

この第３図に示す回路を動作開始するときはスタート
信号STARTが与えられて、基本クロックジェネレータ23
を動作可能状態とすると共に、アドレスカウンタ19,20,
25にクリア信号CLRを与えて、その内容を初期設定す
る。そして、上記メモリ12,13,16には、その動作状態に
従ってリード／ライト信号R/Wが与えられて、読出しと
書込みが切換制御される。

また、上記アドレスカウンタ25からキャリー信号が出
力すると、その全処理を完了したことになるため、スト
ップ信号STOPとして上記基本クロックジェネレータ23に
印加される。その結果、基本クロックジェネレータ23か
らは基本クロックφが出力しなくなり、動作終了状態と
なる。

従って、このような構成であるため、この実施例にお
いては、先ずメモリ12に波形情報を１周期分入力し、ま
た、メモリ13にエンベロープ情報を入力する。そのとき
は、プログラマブル分周器21に所定の値例えば１を設定
し、次々と波形情報を入力する、あるいはプログラマブ
ル分周器22に所定の値例えば１を設定し、次々とエンベ
ロープ情報を入力すればよい。

そして、その後、この２つのメモリ12,13に記憶され
た情報から、波形の出初めから出終りまでの全ての波形
を表現する波形情報を発生し、メモリ16に書込む。この
とき、ゲート17にゲート信号g₁を与えて、乗算器14には
メモリ12出力が与えられるようにしておく、そしてい
ま、簡単のため、各メモリ12,13,16のメモリ長M,N,Lは
２のべき乗の値をとるものとする。そして、その際、予
めプログラマブル分周器21,22,26には、例えば次の値を
セットする。即ちプログラマブル分周器21には値１をセ
ットし、プログラマブル分周器22には値 をセットし、プログラマブル分周器26には値fsamp/fを
セットする。従って、夫々対応するアドレスカウンタ1
9,20,25には、上記プログラマブル分周器21,22,26がセ
ットされた回数だけ上記基本クロックφを計数したとき
にカウント指令が与えられる。

従って、スタート信号STARTが与えられた後、夫々メ
モリ12,13はそれぞれ対応する速度でアクセスされ、そ
れが乗算器14にて乗算された後加算器15を介して、ラッ
チ24にラッチされる。従って、このラッチ24はプログラ
マブル分周器26からの出力信号の到来時に印加データを
ラッチし、しかる後メモリ16に書込む。

従って、波形の出初めから出終りまでの全波形を表現
する波形情報がメモリ16に順次書込まれてゆく。そし
て、アドレスカウンタ25からキャリー信号が出力した時
点で動作終了する。

次に、一度メモリ16に書込まれた波形情報に対して、
再び異なる波形情報を算出し加算合算する場合につき説
明する。即ち、そのときは、予めメモリ12,13に新たな
波形１周期の情報とエンベロープ情報をセットし、その
後、上記同様にして両方の情報を乗算して新たな波形情
報を生成してゆく、そして、今回は、ゲート18に対して
ゲート信号g₂を与えて開成しておき、メモリ16からアク
セスされて出力する予め記憶された波形情報を加算器15
に与え、上記乗算器14からの出力を加算することによっ
て合成し、その出力をラッチ24に与える。

従って、いまこのメモリ16では、予め書込まれた波形
情報が順次読出され、また新たな波形情報が同じメモリ
エリアに順次書込まれてゆく。従って、アドレスカウン
タ25からキャリー信号が出力した時点で、合成されて得
られる新しい波形情報がメモリ16に書込まれたことにな
る。

次に、メモリ16に書込まれた波形情報に対して、新た
にエンベロープ情報を乗算する場合につき説明する。こ
のときは、ゲート17にゲート信号g₁を与えて、波形メモ
リ16の出力を乗算器14に供給するようにし、エンベロー
プを記憶しているメモリ13の出力と乗算器14にて乗算す
るようにする。

いま、このとき、プログラマブル分周器22,26には、
例えば値L/N、１を与えて動作させればよい。その結
果、メモリ16に記憶されていた波形情報が読出されて、
新たなエンベロープ情報が付加されて、新たな波形情報
が発生して、再びメモリ16に書込まれることになる。

このように、この実施例においては、ディジタル回路
を使用して、上記第１実施例と同じ処理結果を得ること
が可能である。

次に、この発明の第３実施例につき説明する。即ち、
この実施例は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機
の計算処理によって同様の動作を行わせるものであっ
て、第４図に示すようにパーソナルコンピュータ30と、
電子鍵盤楽器40とから構成されており、このパーソナル
コンピュータ30は、入力装置31としてキーボード32、デ
イジタイザー33を有する。即ち、キーボード32には、種
々のコマンドやデータを入力するための複数のキーを有
するものであり、またディジタイザー33は、例えばこの
上に載置される紙上に描かれた波形図あるいはエンベロ
ープ図を操作上33−１の操作によって、上記紙上の図形
をなぞりながら入力することができる。

なお、このような２次元の座標情報を入力する入力装
置としては、ディジタイザーのほかに、マウス、ライト
ペン、トラックボール等の操作によってもよく、例えば
CRT34上にライトペン等で波形図を書くことによっても
入力可能である。

またこのパーソナルコンピュータ30は、CPU（中央処
理装置）35を備えており、このCPU35にて全動作が制御
される。このほかに第４図には示していないがフロッピ
ーディスク、カセットテープ、ROM/RAMパッケージ等の
メモリ（後述する第５図では、符号36で示す）がある。
また、このパーソナルコンピュータ30と接続される電子
鍵盤楽器40には、キーボード41、スピーカ42等が外表面
に設けられていて、パーソナルコンピュータ30によって
演算処理された結果得られる波形情報が転送記憶される
ことになる。従って、この電子鍵盤楽器40では、この波
形情報を、音階周波数に応じた速度でアクセスして、当
該楽音を発生する。

第５図は第４図に示した装置の回路構成を示すもの
で、上述したように、パーソナルコンピュータ30内には
バスラインBUCに接続される入力装置31、CRT34、CPU3
5、メモリ36があり、CPU35内部に入力された波形情報と
エンベロープ情報とから、上述した第1,第２実施例と同
様の処理をソフト的に行って波形の出初めから出終りま
での全波形を表現する波形情報を発生するようにし、そ
の波形情報をインターフェース（I/O）回路37を介し
て、電子鍵盤楽器40内部のCPU43に送出する。

電子鍵盤楽器40では、CPU43が全ての動作制御を行
い、パーソナルコンピュータ30から転送されてきた波形
情報を、波形メモリ44にストアする。

そして、キーボード41の演奏をCPU43は検出し、押鍵
に応じた速度で波形メモリ44をアクセスしてゆく。そし
て、この波形メモリ44から読出された波形情報は、音響
装置45にてアナログ信号にて変換され、適宜フィルタリ
ングされ、増幅された後、スピーカに供給されて、放音
される。

以上この発明の第１〜第３実施例について、詳述した
が、以下の如き変形例がある。

即ち、上記実施例にあっては、予め波形情報として１
周期の波形情報を記憶するようにしたが、これは１周期
に限られるものでなく、例えば複数周期の波形であって
もよく、逆に半周期等の波形であってもよく、その記憶
された波形情報にもとづき波形の初まりから終りまでの
波形をエンベロープ情報に従って生成するようにすれば
よい。

また、上記実施例では、所定周期の波形情報を手動入
力することで予め装置内に設定し、この波形情報とエン
ベロープ情報とから出初めから出終りまでの全ての期間
の波形情報を発生し、この波形情報に対して、更に同様
の手順で得られる新たな波形情報を加算合成して、もと
の波形とは異なる波形、しかも時間とともに高調波成分
が変化する波形を得るようにしたが、例えばROM等によ
り予め設定されている出初めから出終りまでの全ての期
間の波形を表現する波形情報に対して、手動入力等によ
って別の波形情報を入力し、それを加算合成するように
して新たな波形情報を発生するようにしてもよい。

更にまた、上記実施例では、波形の出初めから出終り
までの全期間を表現する波形情報を予め算出し、これに
対して全く異なるエンベロープを手動入力して、別のエ
ンベロープをもつ波形情報を算出するようにしたが、例
えばROM等に予め記憶されている出初めから出終りまで
の全期間の波形を表現する波形情報に対して、手動入力
等により指定したエンベロープを付加して、別個のエン
ベロープをもつ波形情報を発生するようにしてもよい。

また、上記実施例においては、波形をPCMにて表現す
るようにしたが、波形をディジタル的に表現する手法と
しては、DPCM（Differential Pulse Code Modulatio
n）、DM（Delta Modulation）、ADM（Adaptive Delta M
odulation）等各種方式のものをとることができること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明にあっては、所定周期の波
形を表現する波形情報を入力し、更にこの波形に対する
エンベロープ情報を入力し、これらの情報から波形の出
初めから出終りまでの波形を表現する波形情報を発生さ
せて記憶手段に記憶させると共に、更に、新たに入力し
たエンベロープ情報と既に記憶させてある全波形情報と
をディジタル乗算させて新たな音色の全波形を生成させ
て再び記憶手段に記憶させるようにし、記憶させる際に
記憶領域の全域に全波形が過不足なく記憶可能なように
制御したから、簡単に波形情報を合成出力することがで
き、しかも各種形状の波形を入力することができるから
有効である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は、第１実施例の
回路構成図、第２図は、第１実施例の動作を説明するた
めの図、第３図は第２実施例の回路構成図、第４図は第
３実施例の外観斜視図、第５図は第３実施例の回路構成
図である。 １……入力装置、2,3,6……メモリ、４……波形合成
部、５……加算器、 7,8……スイッチ、12,13,16……メモリ、14……乗算
器、15……加算器、17,18……ゲート、19,20,25……ア
ドレスカウンタ、21,22,26……プログラマブル分周器、
30……パーソナルコンピュータ、33……ディジタイザ
ー、40……電子鍵盤楽器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸隈 浩志 東京都西多摩郡羽村町栄町３丁目２番１号 カシオ計算機株式会社羽村技術センター 内 審査官 渡邊 聡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定周期の波形を表現する波形情報を入力
   する波形情報入力手段と、 上記波形に対するエンベロープを決定するエンベロープ
   情報を入力するエンベロープ情報入力手段と、 このエンベロープ情報入力手段により入力されたエンベ
   ロープ情報を記憶するエンベロープ情報記憶手段と、 上記波形入力手段により入力された波形情報と上記エン
   ベロープ情報記憶手段に記憶されたエンベロープ情報と
   をディジタル乗算して新たに波形の出初めから出終わり
   までの全波形を表現する第１の全波形情報を発生する乗
   算手段と、 この乗算手段から発生される上記第１の全波形情報を所
   定の記憶領域に記憶する全波形情報記憶手段と、 上記エンベロープ情報記憶手段のメモリ長と上記全波形
   情報記憶手段における全波形情報を記憶すべき記憶領域
   のメモリ長とに応じて、この記憶領域の先頭アドレスと
   終了アドレスとが波形の出初めと出終りとに夫々対応す
   るように上記第１の全波形情報を上記乗算手段から発生
   させて上記全波形情報記憶手段に記憶させる第１制御動
   作を実行すると共に、上記エンベロープ情報入力手段で
   新たに入力され上記エンベロープ情報記憶手段に記憶さ
   れたエンベロープ情報と、上記全波形情報記憶手段に記
   憶された上記第１の全波形情報とを上記乗算手段で再び
   ディジタル乗算させて、上記エンベロープ情報記憶手段
   のメモリ長と上記全波形情報記憶手段における全波形情
   報を記憶すべき記憶領域のメモリ長とに応じて、この記
   憶領域の先頭アドレスと終了アドレスとが波形の出初め
   と出終りとに夫々対応するように新たに波形の出初めか
   ら出終りまでの全波形を表現する第２の全波形情報を上
   記乗算手段から発生させ、この乗算手段から発生された
   上記第２の全波形情報を上記記憶手段に再び記憶させる
   第２制御動作を実行する制御手段と、 を具備したことを特徴とする波形合成装置。
2. 【請求項２】上記波形情報入力手段は、手書き入力操作
   により上記所定周期の波形情報を入力するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波形合成装
   置。
3. 【請求項３】上記エンベロープ情報入力手段は、手書き
   入力操作により上記エンベロープ情報を入力するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波形
   合成装置。