JPH0863169A - マイクロ共振器アレーを用いた楽音発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は楽音発生装置に関し、複雑度の大き
い楽音を大容量のメモリまたはその他の複雑な回路を用
いないで発生させることのできる楽音発生装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 発生すべき楽音の音高成分を発生するために
マイクロ共鳴構造のアレーを用いる。マイクロ共鳴構造
で高周波信号を作り、それを高周波基準信号と混合して
可聴周波数帯に変換する。倍音成分信号の相対的振幅を
変更することで所望の音色が得られる。比較的きちんと
まとまった環境のなかに可変楽音発生装置を作るために
は、一枚の集積回路基板上に多数のマイクロ共振器を集
積して形成することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は楽音発生装置に関し、特
に、アナログおよびデジタルの電気楽器および電子楽器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、楽音を発生させるためにさまざま
の異なった電気システムおよび電子システムが採用され
てきた。電気システムの楽音発生装置は、基本的には従
来からのアコースティック楽器と、その楽器のアコース
ティックな振動を増幅するため、振動を電気信号に変え
る電気的ピックアップ機構とを組み合わせたものであ
る。たとえば、エレクトリックピアノ、エレクトリック
ギター、エレクトリックバイオリンなどのよく知られた
楽器は、すべてこのタイプの楽音発生システムを採用し
ている。

【０００３】このタイプの楽音発生システムは、自然楽
器の増幅に限られており、より進んだ電子システムの楽
音発生装置のようなさまざまな音色、音高、その他さま
ざまな効果の変化を期待することはできない。電子楽器
は多くの形態で実現されてきた。最も初期の電子楽器は
基本的性格がアナログであり、電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）などのアナログ楽音発生器を一つ以上備え、サイン
波を発生し、単純なマニュアル指定の倍音合成によって
音色を作り出していた。また同時に、のこぎり波や方形
波などのアナログ出力を使って、異なった音色の楽音を
発生していた。後には、フィルタを用いることにより、
アナログ信号でさまざまな音色を作り出すことができる
ようになった。

【０００４】しかしながら、アナログ型電子楽器は、市
場ではデジタル型電子楽器にその座を奪われてしまっ
た。特に、デジタル装置は、楽音に効果を付与したり、
音色その他の特性をユーザが自由にコントロールできる
利点を有する。アナログ楽音発生装置は、複雑な波形を
作るに当たってＶＣＯなどのアナログ楽音合成装置のも
つ基本的な制限によって、時代遅れとなってしまった。

【０００５】デジタル電子楽器はそこに組み込まれる楽
音発生装置の多様さに伴って発展してきた。たとえば異
なる音高の基音を作るには、あるサイン波の一周期分の
サンプル点をデジタルメモリに保存して、読み出しの速
さを変えて繰り返し読みだしてもよい。このタイプの装
置でより複雑なものは、ある多様な倍音を含んだ波形の
一周期を用い、一周期分の波形を繰り返し読みだすこと
で、より自然な音色の楽音を作り出す。その他にも、多
くの楽音発生装置が知られており、メモリ読みだし、デ
ジタルフィルタやＦＭ変調を使ってさまざまな音色を作
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】デジタル楽音発生装
置を使ったかなり多くの種類の電子楽器が出回っている
が、そのどれもが何らかの欠点をもっている。たとえ
ば、メモリ読み出し型のデジタル電子楽器では、楽音の
発生に際して素早く読み出しを行わなければならない
が、市販の高速半導体メモリ装置の容量とコストには限
界がある。このことは、適正価格の範囲で楽器を作る場
合、楽音の複雑さ、および／または音色の変化の点で制
約となる。さらに、大きなメモリを使わずに複雑な波形
を作ることのできるＦＭ音源のような場合は、自然楽器
の音を非常に正確に再現することはできない。

【０００７】したがって、現在知られている電気楽器お
よび電子楽器の楽音発生装置はどれも一つ以上の欠点を
もっているといえる。したがって、大きなメモリや非常
に複雑な回路を使わずに自然な楽音を高信頼度で再生す
ることができる楽音発生装置の必要性が存在する。

【０００８】本発明の目的は、複雑度の大きい楽音を大
容量のメモリまたはその他の複雑な回路を用いないで発
生させることのできる楽音発生装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の楽音発生装置
は、発生すべき楽音の音高を指定するために演奏者が操
作することができる音高指定手段と、音高指定手段に応
じて高周波の物理的振動を発生させる振動発生手段であ
って、集積回路チップ上に形成されたマイクロ共振構造
を有する振動発生手段と、物理的振動を電気的信号に変
換する手段と、電気的信号を楽音発生信号として供給す
る手段とを有する。

【００１０】

【作用】演奏者が楽音の音高を指定すると、音高に応じ
てマイクロ共振構造が振動する。楽音発生信号は、マイ
クロ共振構造の振動に応じて種々の音色や音質を表すこ
とができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の実施例による楽音発生装置
の基本的な構成要素をブロック図によって示す。

【００１２】本実施例は、図１にキーボード１０と表示
された音高入力インタフェースを有する。さまざまなほ
かの音高入力装置を用いてもよい。たとえば、指づかい
で操作するコントローラの代わりに、息で作動させるイ
ンタフェースを使ってもよいし、弦を使って入力するタ
イプのインタフェースを使って、弦楽器を模倣するよう
にしてもよい。キーボード１０はそれぞれキーの押鍵と
キーの離鍵に対応するキー・オン信号（ＫＯＮ）とキー
・オフ信号（ＫＯＦ）、および音高指定信号（ＰＴＣ
Ｈ）を発生する。

【００１３】また、以下により詳細に説明するように、
キーボード１０の個々のキーと、それに合うマイクロ共
振器アレーとを「ハードワイヤ」で結合して、個々のキ
ーに対して固定した基音と倍音を作り出すようにしても
よい。この場合は、音高指定信号（ＰＴＣＨ）とキー・
オン、キー・オフ信号（ＫＯＮとＫＯＦ）とを省略し
て、キーボードのさまざまなキーを操作することによっ
て適切なマイクロ共振器のサブアレーのスイッチを作動
するようにしてもよい。

【００１４】図１において、楽音の開始（ＫＯＮ）と終
了（ＫＯＦ）および音高（ＰＴＣＨ）を指定するキーボ
ード１０からの信号は音源１２に供給される。図に示さ
れるように、音源１２は一枚または複数枚のモノリシッ
ク単結晶の集積回路基板上に形成され、多数のマイクロ
機構をもつ共振構造よりなるマイクロ共振器アレー１４
を含む。

【００１５】マイクロ共振器アレー１４はキー・オン信
号に応じて、多数の高周波出力信号を出す。つまり、キ
ーボード１０から送られるキー・オン信号に応じて、マ
イクロ共振器アレー１４は基音に対応する第一の高周波
信号と、所望の倍音の数と等しい付加的高周波信号を出
力し、出力される楽音に所望の複雑さを付与する。

【００１６】ＰＴＣＨ信号と、後述するマイクロ共振器
選択回路とが、アレー１４の中でどのマイクロ共振器を
作動させるのかを決定する。これらの信号の周波数は、
マイクロ共振器が外部の振動と結合することを防げるよ
うな高さであることが望ましい。この高周波出力信号
は、以下に詳述する静電的に作動する機械的マイクロ共
振器構造を用いた実施例の場合、たとえば７５ｋＨｚ以
上であればよい。

【００１７】マイクロ共振器アレー１４からの高周波出
力信号は周波数下方変換回路１６に出力される。周波数
下方変換回路１６はそこに入力された高周波信号を、安
定基準発振器１８から供給される高周波基準信号ｆC と
混合することによって、その信号の周波数を可聴周波数
帯にひき下げる。たとえば、上述のように、マイクロ共
振器の出力信号が７５ｋＨｚ以上の帯域のときは基準信
号ｆC も同じ周波数帯でよい。

【００１８】下方変換回路１６で下方変換された可聴周
波数信号は倍音構造合成回路２０に入力される。倍音構
造合成回路２０は、発生されるべき楽音の倍音に重みづ
けをして、出力信号に所望の音色を付与する。

【００１９】詳しく述べると、楽音発生装置のオペレー
タが操作して選んだ音色選択に応じた音色入力信号（Ｔ
Ｃ）と音高選択信号（ＰＴＣＨ）とをあらかじめ受け取
っている音色制御回路２２から倍音重みづけ信号が出力
される。

【００２０】倍音に重みづけをした楽音信号は結合され
倍音構造合成回路２０から供給される。結合された信号
は次にローパスフィルタを通して残留高周波成分を除
き、音源１２から出力される。

【００２１】音源１２からの出力はエンベロープ発生器
２４に供給される。エンベロープ発生器２４は従来の、
アタック、サステイン、ディケイなどのエンベロープを
音源１２からの出力信号に付与するアナログエンベロー
プ発生回路でもよい。さらに、エンベロープ発生器２４
はペダルなど、キーボード奏者が操作する音量制御機構
からの音量制御信号（ＶＯＬ）を受け入れるようにして
もよい。エンベロープ発生器２４は楽音信号をライン２
６を介して楽音出力装置２８に出力する。楽音出力装置
２８は、増幅器回路、音量調整回路を含む通常のスピー
カである。

【００２２】また、音色制御回路２２から供給される重
みづけ信号を時間的に変化させるようにしてもよい。こ
の場合は楽音のスペクトル成分は時間的に変化してもよ
い。さらに、エンベロープ発生器２４は、信号の振幅を
時間的に変化させなくてもよい。但し、それでもエンベ
ロープ発生器２４を備え、音量制御信号に応じて振幅制
御を行わせるようにしてもよい。

【００２３】図２に、図１の音源１２の好適実施例が示
されている。図に示されるように、音源１２はキーボー
ドから音高指定信号（ＰＴＣＨ）と、キー・オンおよび
キー・オフ信号（それぞれＫＯＮ、ＫＯＦ）とを受け取
る。これらの信号は、指定された音高の基音周波数とそ
の所望の数の倍音とに対応するマイクロ共振器を決定す
るマイクロ共振器選択回路３０に送られる。

【００２４】あるオクターブを作るのに使われるマイク
ロ共振器はその下のオクターブについての倍音を作るこ
ともできるので、マイクロ共振器選択回路３０は、マイ
クロ共振器の数を全数ｎ×ｍ（ここでｎは各基音に対す
る所望の倍音の数、ｍはキーボードやその他の音高選択
装置のキーの数である）よりも少なくすることができる
という利点を生む。

【００２５】図２に示されるマイクロ共振器選択回路３
０から、マイクロ共振器駆動信号がライン３２を通し
て、マイクロ共振器アレー１４の中から選択されたマイ
クロ共振器に送られる。マイクロ共振器アレー１４は多
数のマイクロマシン加工された共振構造を採用してお
り、これについては後述する。これらはホトリソグラフ
ィやエッチング技術など当分野で公知の技術を用い、マ
イクロ製造に適したポリシリコンやその他の物質で作ら
れた一枚のモノリシックチップ上に集積されることが望
ましい。

【００２６】図２において、多数のマイクロ共振器によ
って示されるように、一つのキー・オン信号（ＫＯＮ）
によってＮ＋１マイクロ共振器３６−０、…、３６−Ｎ
が起動される。詳しくは、キーボードによって指定され
た楽音に所望の音色と豊かさを与えるのに必要なＮ＋１
個の倍音構造に対応するＮ＋１個のマイクロ共振器３６
−０、…、３６−Ｎが起動する。

【００２７】たとえば１０個の倍音を使う場合は、各キ
ー操作で１０個のマイクロ共振器が起動する。アレー１
４の中のマイクロ共振器の全数は所望の楽音のための所
望の全倍音構造を生成するために十分な数である。たと
えば、２００以上の共振器を用いることが望ましい。

【００２８】さらに図２において、マイクロ共振器選択
回路３０が選択したマイクロ共振器から、ライン３８−
０、…、３８−Ｎを介して高周波信号が出力される。選
択されたマイクロ共振器の出力周波数は高周波搬送周波
数ｆC から楽音の所望の音高周波数だけずれた値に同調
される。たとえば、音高がＡ4 つまり４４０Ｈz の楽音
を選択した時、基準周波数を１００ｋＨｚとすれば、基
音のマイクロ共振器３６−０は１００，４４０Ｈｚの出
力周波数となるように同調される。他方、第一倍音のマ
イクロ共振器は１００，８８０Ｈｚを、また最高倍音Ｎ
に対応するマイクロ共振器は１００，０００Ｈｚ＋（Ｎ
×４４０Ｈｚ）を出力することになる。

【００２９】マイクロ共振器からの出力信号はライン３
８−０、…、３８−Ｎを介してマルチプライヤ（ミキ
サ）４０−０、…、４０−Ｎに送られ、そこで基準高周
波ｆCと混合される。この基準高周波は上述の例では１
００ｋＨｚである。基準高周波ｆC は、図１に示される
安定基準発振器１８から各ミキサ４０−０、…、４０−
Ｎと、他の音高の楽音を出すため、他の作動中のマイク
ロ共振器出力ラインにも供給される（図示せず）。

【００３０】ミキサ４０−０、…、４０−Ｎからの出力
信号は周波数ｆB ＝（ｆC −マイクロ共振周波数）に、
ある残留高周波成分が加わった周波数をもつ「ビート
（うなり）」信号である。したがって、このビート信号
は４４０Ｈz の基音とその倍音に対応する可聴周波数領
域の信号であり、好ましくない残留高周波成分を含む。

【００３１】下方変換された信号がミキサ４０−０、
…、４０−Ｎから倍音構造合成回路２０に供給される。
この回路２０は、基準周波数ｆC とマイクロ共振信号の
高周波成分との混合に伴う残留高周波信号成分を除くた
めのローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２−０、…、４２−
Ｎを有する。

【００３２】倍音構造合成回路２０はさらに可聴周波数
帯の信号を倍音重みづけ係数ｇ0 、…、ｇN によって利
得制御する電圧制御増幅器（ＶＣＡ）４４−０、…、４
４−Ｎのような利得制御段を含む。この倍音重みづけ係
数ｇ0 、…、ｇN は所望の音色を作り出すために倍音成
分に異なった重みづけを与える。たとえば演奏者がピア
ノの音色を選べば倍音重みづけ係数ｇ0 、…、ｇN は第
一の組合せをとり、オルガンの音色を選ぶと違った組合
せをとる。ｇ0 、…、ｇN それぞれの値は、図３に関連
して後述される音色選択回路２２が指定する。さらにこ
れら倍音重みづけ係数そのものを時間的に可変にしても
よい。このようにすればある楽音の倍音成分を時間の経
過と共に変えることができる。ある音が持続している間
に重みづけが変るので、楽音のエンベロープについても
自動的に制御できる。また、個々のマイクロ共振器を選
択して直接減衰（ダンピング）制御を加えるようにして
倍音の重みづけを時間的に変えてもよい。

【００３３】図２においてさらに、重みづけをした倍音
成分はライン４６−０、…、４６−Ｎを通して加算回路
４８に送られ、そこで各成分を総計して所望の音色をも
つ楽音信号が形成される。ここで作られた可聴周波数の
楽音信号は波形を時間的に変化させてもよく、ライン５
２に供給される。

【００３４】図３を参照して、音色選択回路２２の好適
実施例について説明する。図に示されるように音色選択
回路２２は、演奏者が操作できるようにキーボード上
に、または他のなんらかの形で、作られた音色選択レバ
ーなどの制御手段からの音色制御信号（ＴＣ）をライン
５４を通して受け取る。音色選択回路２２はまた、キー
ボード１０から音高指定信号（ＰＴＣＨ）も受け取る。
また、必要であれば、倍音構造を時間的に変化させるた
めにキー・オン（ＫＯＮ）、キー・オフ（ＫＯＦ）信号
を加えてもよい。

【００３５】これらの信号ＴＣ、ＰＴＣＨ、および必要
に応じてＫＯＮとＫＯＦは音色係数選択回路５６に供給
され、信号を倍音重みづけ係数メモリ５８のアドレス
（ＡＤＤＲ）に変換する。音色係数選択回路５６は、倍
音重みづけ係数の特定の組合せを読みだすために、音色
と音高の値を倍音重みづけ係数メモリ５８の特定のアド
レスと関係付け、このアドレスをライン６０を通して出
力するためのテーブル（たとえば読み取り専用メモリＲ
ＯＭ）を含むことが望ましい。これらの係数は図２に関
連して上に述べた係数ｇ0 、…、ｇN に対応するデジタ
ル係数である。これらの係数をメモリ５８からデジタル
データｇ0 、…、ｇN として読みだし、マルチプレクサ
（ＭＵＸ）６２を通してデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）
変換器６４に入力する。このデジタル値がＤ／Ａ変換器
６４からデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）６３を通し
て、図２で説明したように、アナログの重みづけ値ｇ0
、…、ｇN としてミキサ４４−０、…、４４−Ｎに供
給される。

【００３６】たとえばピアノ、オルガン等の所望の各音
色に対して付加的な倍音重みづけ値をメモリに保存する
ことにより、また好ましくは音色係数選択回路５６を介
して各音高に一組ずつの係数値を組み合わせることによ
り、いくつかの異なった音色に対して変化のある豊かな
楽音を得られることが理解されよう。

【００３７】図４および図５にマイクロ共振器３６の好
適実施例が示される。図４に示すように、マイクロ共振
器は、図５に示されるような出力バッファ増幅器と組み
合わされる櫛形の機械的マイクロ共振器よりなる。しか
しながらこの具体的な構造はあくまでも説明のためであ
ることは理解されよう。

【００３８】図４において、マイクロ共振器は入力およ
び出力パッド６６、６８と、接地面コンタクトパッド７
０を有する。共振構造自体は、アンカ７８上で支持さ
れ、弾性を有するビーム７６によって基板表面上方に支
持された櫛の歯形の歯７２、７４を含む。第一組の櫛形
の歯７２は静電的な駆動用の歯８０と相互に噛み合う形
態で配置される。キー・オン（ＫＯＮ）信号がマイクロ
共振器選択回路３０に加えられるのに応じて、駆動パル
スがパッド６６に供給されると、その電圧が歯８０に伝
達される。歯８０と歯７２は静電的に結合しているの
で、フリンジ電界により櫛形の歯７２に静電的に駆動さ
れた振動（ｘ方向）を生じさせる。櫛形の歯７２に起き
た振動は櫛形の歯７４にそのまま伝達され、歯７４は精
密に設定された共振振動数で振動する。歯８２は歯７４
と静電容量を形成しているので、歯７４の振動は、今度
は電極の歯８２によって容量結合的にセンスされる。セ
ンスされた信号はパッド６８上の出力として提供され
る。

【００３９】図４に示されたこのマイクロ共振構造は、
ホトリソグラフィとエッチングの手法を使ってポリシリ
コン基板上に多数の同様な構造を集積して形成すること
が望ましい。この構造についての具体的な詳細は１９９
１年６月１８日発行のタン（Ｔａｎｇ）他のＵＳＰ５，
０２５，３４６（たとえば、第１欄第３５行〜第２欄第
６０行、第１図およびその関連した説明、第３欄第３８
行〜第６欄第５４行）に記載されている。

【００４０】図５は、図４の構造の出力パッド６８と結
合されるバッファ増幅器を示す。図５に示される出力バ
ッファは、図４の構造における噛み合わさった櫛形の歯
を通った容量結合的通過信号が、所望の共振信号を圧倒
してしまう（ｓｗａｍｐ）ことを防ぐためのものであ
る。

【００４１】図示されているように、出力バッファ増幅
器は、ゲートがマイクロ共振構造の出力パッド６８と接
続されたＮＭＯＳデプレッション型電界効果トランジス
タ８４を含む比較的簡単な構造でもよい。パッドと接地
の間に接続されたダイオード８６が電解効果トランジス
タ８４のゲート電圧を０ＶＤＣに設定する。したがっ
て、トランジスタ８４を通る出力電流Ｉ0 は、図４の共
振構造の共振周波数をもったバッファ出力に対応する。

【００４２】トランジスタ８４のゲートには、静電容量
Ｃs の時間変化ｄＣs ／ｄｔに応じて以下の電流ｉ_s が
流れる。電圧Ｖp は、歯７４と歯８２との間のバイアス
電圧である。 ｉ_s ＝Ｖp ｄＣs ／ｄｔ

【００４３】図４に示された共振器は安定した楽音信号
の基音と倍音信号を作る上でいくつかの利点をもつ。特
に、真空中における高い特性（Ｑ）因子（５０ｋＨｚで
Ｑ＞５０，０００）；広い周波数帯（１ｋＨｚから数Ｍ
Ｈｚ）；安定した周波数；同調可能なバンド幅；たとえ
ば懸垂支持ビームのオーバドライブによる非線形特性；
櫛形の歯に機械的に接触するバンパの使用による可変ダ
ンピング；そして単一のチップへの集積が可能であるこ
とである。

【００４４】上述のように、共振周波数の中心をほぼ１
００ｋＨｚにもつ好適実施例に対しては、支持ビームは
長さ約６０ミクロン、幅約２ミクロンのポリシリコンで
形成される。ビーム７６の長さは各マイクロ共振器に所
望の周波数を与えるように調整される。櫛形の歯が１５
本の構造では、このマイクロ共振器３６全体としてほぼ
１４０平方ミクロンの面積を占める。図５に示されたセ
ンスバッファアンプもマイクロ共振器３６と同一のシリ
コンチップに集積化されることが望ましく、一つの共振
器あたりの全チップ面積はほぼ２００平方ミクロンとな
る。したがって、多数の同様なマイクロ共振器を一つの
集積回路チップに集積化できることが理解されよう。

【００４５】別の実施例において、ミキシングの前に加
法合成を行うことにより、ローパスフィルタとミキサの
数を減らすこともできる。この場合は重みづけの信号
を、所望の楽音を得るのに必要なすべての倍音を含むミ
キサに供給することとなろう。

【００４６】本実施例によれば、シリコン基板上に多数
集積されたマイクロ共振器を用いた楽音発生装置が提供
される。これらのマイクロ共振器は、たとえば、キーボ
ードのような音高指定インターフェースの起動に応じて
精密に調律された（ｗｅｌｌｄｅｆｉｎｅｄ）物理的振
動を作り出す。

【００４７】マイクロ共振器は、たとえば共振構造体の
サイズを調整するか、または振動数を電気的に制御する
ことで特定の周波数に同調される。マイクロ共振器の振
動は電気信号に変換される。たとえば、共振構造と電気
接点の間の静電的または容量的結合を用いることができ
る。

【００４８】マイクロ共振器が周波数が可聴周波数より
も非常に高い場合は、マイクロ共振器から高周波数電気
信号を高周波基準信号と混合して、高周波信号を可聴周
波数帯に変換する。出力信号は加算され、起動されたマ
イクロ共振器によって画定される複数の高調波を有する
楽音制御信号を発生させる。

【００４９】出力された楽音制御信号は、次にエンベロ
ープ発生装置に供給され、エンベロープが付与され、通
常のスピーカーなどの楽音出力装置へ供給される。もし
くは、ダンピング機構をマイクロ共振器に組み込んで、
エンベロープの制御をマイクロ共振器と集積化してもよ
い。

【００５０】さらに、各共振器に対する重みづけ係数を
制御する音色制御装置を用いることによって様々な音色
の可能性を提供する。ユーザーが楽音発生装置の音色を
選ぶと、それに対応した倍音重みづけ因子が音色制御回
路から出力され、マイクロ共振器から発生した複数の周
波数の信号の振幅を制御するのに用いられる。たとえ
ば、マイクロ共振器から出力を受け取る電圧制御増幅器
に倍音係数信号を供給し、それによって所望の倍音成分
に従ってマイクロ共振器の出力信号の制御を行ってもよ
い。

【００５１】多数の、たとえば数百以上の、マイクロ共
振器を一個の集積回路チップまたはいくつかのチップ上
に形成してもよい。アコースティック楽器の音色を作る
個々の倍音を必要にしたがって個々のマイクロ共振器が
供給するようにしてもよい。このようにすれば、今ある
アナログ楽器の音色がより正確に再現できる。たとえ
ば、ピアノの各弦に対して、一つのマイクロ共振器を割
り当てることで、アコースティックなピアノの複雑な音
色構造を有効にシミュレートすることができる。

【００５２】本実施例によれば、所望のサイン波成分信
号の瞬時値を本質的に同時に作り出す多数のマイクロ共
振器を使うことによって、倍音を加算し、複雑な自然音
を創り出すことができることが理解されよう。さらに、
音色制御回路とマイクロ機構のアナログサイン波発生回
路との組合わせによって、回路の複雑化を避け、極めて
大きなメモリを必要とすることなく音色と音質の両方に
ついてかなりの変化を得ることができる。

【００５３】以上のことから、本実施例の楽音発生装置
は、楽音作成における柔軟性と一種類以上の高品質な音
色を提供できる小さくまとまった装置を提供できること
が理解されよう。さらに、マイクロメカニカル振動構造
とデジタルおよびアナログの音色制御とを組み合わせる
ことで、従来のアナログおよびデジタル型の電子楽器に
存在する先に指摘した問題点の多くを克服することがで
きる。

【００５４】以上現在の好適実施例を述べたが、本発明
の範囲内でさまざまな修正が可能であることは理解され
るであろう。たとえば、楽音信号を発生させるために上
に述べた倍音加法合成法以外の方法でマイクロ共振構造
を用いてもよい。たとえば、ＦＭアナログ楽音発生技術
を使って倍音が豊かな信号を発生させるようにマイクロ
共振器を用いてもよい。または、上に述べた非線形性お
よび／またはバンパビームを図４に示したマイクロ共振
構造に組み入れれば、一つのマイクロ共振器にさまざま
な倍音を導入し、比較的少数のマイクロ共振器で複雑な
楽音を作ることもできる。

【００５５】さらに、さまざまに異なったマイクロマシ
ン加工マイクロ共振器を用いてもよい。たとえばスライ
ドバーや、車輪やギヤのような回転構造を通して長さを
調整したり、振動を直接発生させるか、リード（舌）や
圧電振動素子や渦型やばね型をした振動構造などのよう
な他の構造と結合させることによって振動を発生させる
さまざまな共鳴する機械的ビーム構造を有する種々の機
械的マイクロ共振器を用いることもできる。また、共振
周波数で励起され、振動する流体の媒体を組み合わせた
構造でマイクロ共振器を作成することもできる。たとえ
ば、単純な、流体を入れたマイクロマシン加工された室
を静電的または電磁的に駆動される微小機構、たとえば
回転チューブやギヤ型コンプレッサなどで励起してもよ
い。また、マイクロマシン加工されたリード構造や、類
似の構造を介して乱流型励起を生じさせることもでき
る。この励起は室の構造を介して特定の共振を起こす。
さらに、タップ付き遅延をもつようなマイクロマシン加
工されたアナログ遅延構造を用いてもよい。また、光変
調された、マイクロマシン加工された高周波信号の発生
源を用いてもよい。したがって、本発明の範囲内におい
て多くの異なったマイクロ共振器を設計できることが理
解されるであろう。

【００５６】以上説明した実施例の説明のさらなる変更
は、当業者に自明であろう。従って、本発明は以上述べ
た実施例に限定的に考えられるべきではない。実施例
は、その性質を説明したものと考えられるべきものであ
る。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、多数の倍音を足しあわ
せて複雑な自然音を作ることができる。さらに回路の複
雑化を避け、極めて大きなメモリを必要とせずに音色と
音質の両方についてかなりの変化を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による楽音発生装置の好適実施例の構
成概略図である。

【図２】 本実施例の楽音発生装置に用いられるマイク
ロ共振音源の好適な実施例を説明する構成概略図であ
る。

【図３】 本実施例の楽音発生装置に用いられる音色制
御回路の好適な実施例を説明する構成概略図である。

【図４】 本実施例の楽音発生装置に用いられるマイク
ロ共振器を説明する概略図である。

【図５】 図４のマイクロ共振器と共に用いられる出力
バッファ増幅器を説明する構成概略図である。

【符号の説明】

１０： キーボード １２： 音源 １４： マイ
クロ共振器アレー １６： 周波数下方変換回路
１８： 安定基準周波数発振器 ２０： 倍音構造合
成回路 ２２： 音色制御回路 ２４： エンベロ
ープ発生器 ２６、３８−０、…、３８−Ｎ、４６−
０、…、４６−Ｎ、５２： ライン ３０： マイク
ロ共振器選択回路 ３６−０、…、３６−Ｎ： マイ
クロ共振器 ４０−０、…、４０−Ｎ： ミキサ ４２−０、…、
４２−Ｎ： ローパスフィルタ ４４−０、…、４４
−Ｎ： 電圧制御増幅器 ４８： 加算回路 ５
６： 音色係数選択回路 ５８： 倍音重みづけ係数
メモリ ６０： ライン ６２： マルチプレクサ
６３： デマルチプレクサ ６４： デジタル／
アナログ変換器 ６６： 入力パッド ６８： 出
力パッド ７０： 接地面コンタクトパッド ７２、７４： 櫛
形の歯 ７６：ビーム ７８： アンカ ８０：
静電作動の櫛形の歯 ８２： 櫛形電極 ８６：
ダイオード ８４： 電解効果トランジスタ Ｋ
ＯＮ： キー・オン信号 ＫＯＦ： キー・オフ信号
ＰＴＣＨ： 音高指定信号 ＴＣ： 音色指定信号ＡＤＤＲ： アドレス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン ワーウィック アメリカ合衆国 カリフォルニア サンタ ローザ マウントテイラー ドライブ 4471

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 楽音発生装置において、 発生すべき楽音の音高を指定するために演奏者が操作す
   ることができる音高指定手段と、 前記音高指定手段に応じて高周波の物理的振動を発生さ
   せる手段であって、振動発生集積回路チップ上に形成さ
   れたマイクロ共振構造を有する振動発生手段と、 前記物理的振動を電気的信号に変換する手段と、 前記電気的信号を楽音発生信号として供給する手段とを
   有する楽音発生装置。
2. 【請求項２】 前記振動は可聴周波数帯よりもはるかに
   高い振動数をもち、さらに前記高周波の電気信号を可聴
   周波数帯の信号に下方変換する手段を有する請求項１記
   載の楽音発生装置。
3. 【請求項３】 さらに演奏者の選択操作に応じて所望の
   音色を指定する音色指定手段を有する請求項１記載の楽
   音発生装置。
4. 【請求項４】 前記音高指定手段によって指定された各
   音高に対して異なるマイクロ共振器が割り当てられる請
   求項１記載の楽音発生装置。
5. 【請求項５】 前記振動発生手段は前記楽音の複数の倍
   音に対応した複数のマイクロ共振器を有し、前記音色指
   定手段はマイクロ共振器の出力の相対的重みづけを制御
   する請求項１記載の楽音発生装置。
6. 【請求項６】 前記高周波振動はおよそ１００ｋＨｚで
   ある請求項２記載の楽音発生装置。
7. 【請求項７】 前記電気的信号を可聴周波数帯の周波数
   に下方変換する手段は高周波基準信号を前記高周波電気
   信号と混合する手段を含む請求項２記載の楽音発生装
   置。
8. 【請求項８】 前記音色指定手段は倍音成分メモリを含
   むデジタル回路と該倍音成分メモリを音色選択に応じて
   アドレス指定する手段とを含む請求項３記載の楽音発生
   装置。
9. 【請求項９】 前記マイクロ共振器はポリシリコン基板
   上に形成されて静電的に振動される機械的マイクロ共振
   器である請求項１記載の楽音発生装置。
10. 【請求項１０】 さらに、前記下方変換された電気的信
    号を楽音発生信号として供給する前に、前記下方変換さ
    れた電気信号をローパスフィルタリングする手段を有す
    る請求項２記載の楽音発生装置。
11. 【請求項１１】 前記相対的重みづけが楽音の持続中に
    変化する請求項５記載の楽音発生装置。
12. 【請求項１２】 楽音発生装置において、 音高制御信号を供給するための手動演奏入力手段と；前
    記音高制御信号に応じて楽音発生信号を供給するための
    楽音発生手段であって、 一つの基板上に集積形成された複数のマイクロ共振器
    と、 前記音高制御信号に応じて前記複数のマイクロ共振器の
    うちあらかじめ指定された数のマイクロ共振器を選択的
    に起動させるための手段と、 前記選択的に起動されたマイクロ共振器からの出力信号
    と倍音重みづけ信号とを結合する手段と、 前記マイクロ共振器からの出力信号の周波数を可聴周波
    数帯に変える手段と、を有する楽音発生手段と；前記楽
    音発生手段からの出力信号を受けとり、それを楽音出力
    信号として供給する楽音発生出力手段と；を有する楽音
    発生装置。
13. 【請求項１３】 さらに、音色選択信号を受け取り、そ
    れに応じて前記倍音重みづけ信号を出力するための音色
    制御回路を有する請求項１２記載の楽音発生装置。
14. 【請求項１４】 前記音色制御回路は、 複数の倍音重みづけ係数を保存するデジタルメモリと、 前記音色選択信号を受け取り、前記音色選択信号を前記
    倍音重みづけ係数メモリのアドレスに変換するための音
    色係数選択回路と、 前記倍音重みづけ係数メモリのなかの前記アドレスにあ
    る倍音重みづけ係数をデジタル倍音重みづけ係数信号と
    して出力するための手段と、 前記倍音重みづけ係数信号をアナログ倍音重みづけ信号
    に変換する手段とを有する請求項１３記載の楽音発生装
    置。
15. 【請求項１５】 前記倍音重みづけ信号が時間的に変化
    する請求項１３記載の楽音発生装置。
16. 【請求項１６】 楽音信号を発生する方法であって、 演奏者が手動演奏インタフェースを作動することに対応
    して楽音開始信号を供給する工程と、 前記楽音開始信号に応じてマイクロマシーン加工された
    構造中に物理的振動を発生させる工程と、 前記物理的振動を電気的信号に変換する工程と、 前記電気的信号を楽音信号として供給する工程とを含む
    楽音信号発生方法。
17. 【請求項１７】 さらに、前記電気的信号を可聴周波数
    帯に変換するために、前記電気的信号を基準信号と混合
    する工程を有する請求項１６記載の楽音信号発生方法。
18. 【請求項１８】 前記物理的振動を発生する工程は、電
    気的励起信号との容量結合によって機械的構造の中に振
    動を励起することを含む請求項１６記載の楽音信号発生
    方法。
19. 【請求項１９】 前記物理的振動を発生する工程は複数
    のマイクロマシーン加工された構造の振動を同時的に励
    起することを含む請求項１６記載の楽音信号発生方法。
20. 【請求項２０】 さらに音高指定信号を供給する工程を
    有し、前記物理的振動を発生する工程は指定された音高
    に対応して振動を発生させることを含む請求項１６記載
    の楽音信号発生方法。