JPS59121397A

JPS59121397A - 電子楽器の楽音発生装置

Info

Publication number: JPS59121397A
Application number: JP57230756A
Authority: JP
Inventors: 石橋　正典
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1982-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1984-07-13
Also published as: JPS6255796B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はデジタル回路によって波形を発生ずる波形発生
方式に係り、特に高稠波成分が変調信号によって変化す
る波形発生方式に関する。

デジタル技術の進歩に伴い、デジタル回路で波形データ
を発生し、そのデジタル波形データをデジタル−アナロ
グ変換器でアナログ信号に変換してアナログ信号波形を
発生ずることが可能となった。このようなデジタル回路
による波形発生は電子楽器にも用いられ、種々の音色の
波形が発生可能な電子楽器が製品化されている。

従来、前述の様なデジタル回路による電子楽器の楽音発
生方式として、（イ）正弦波合成方式。

（ロ）可変フィルタ方式、（ハ）波形メモリ読み出し方
式と、（ニ）周波数変調方式等がある。

前述（イ）の正弦波合成方式は基本波並びに高調波の正
弦波信号をデシクル回路で発生し、そのデジタル波形信
号を合成して所望の音色の楽音を発生する方式である。

この方式は所望の倍音構成の楽音を得る場合には必要と
する倍音の種朋数の計算チャンネルを必要とする。さら
に時間的にスペクトラＪ・を変化させる場合には各倍音
ごとに振幅レヘルを可変するための倍音の種類数の高調
波制御信号を必要とする。この方式は前述の計算チャン
ネル並びに高ｇＪｔａ波制御信号が倍音の種類数の回路
を必要とするので発生回路が大きくなり、さらに高調波
制御信号の発生制御が複雑となる問題を有している。

（ロ）の可変フィルタ方式はデジタルフィルタを用いる
ものでフィルタの周波数特性を高調波制御信号によって
変化させる方式である。この方式はデジタルフィルタの
回路が大きくなる問題を有する。さらに固定サンプリン
グレートで波形を発生した場合、すなわち固定ザンプリ
ングレートでデジタルフィルタの入力となる原音を発生
した場合には高調波を多く有する波形を得ることが難し
く、ひいてはデジタルフィルタの高調波領域での効果が
半減するという問題を有する。またさらにこの方式は折
返し歪を発生する問題を有している。

（ハ）の波形メモリ読出し方式はあらかじめメモリ等に
記憶されている波形データを順次位相角に対応して読み
出して波形を発生ずる方式である。

前述の波形メモリに記憶されている波形データは楽音と
して発生ずる楽音波形のデータであるため、その波形の
スペクトラムは固定となっていた。そのためスペクトラ
ムを変化させるにはスペクトラムの変化に対応した波形
データをメモリに記憶しておかなければならず、さらに
それらを順次スペクトラムの変化に対応して読み出すた
めの制御回路を必要とする。それゆえこの方式はメモリ
の容量は増大し制御回路も複雑となる問題を有していた
。

（ニ）の方式は周波数変調を応用したものであり、搬送
波と変調波すなわち２個の正弦波を用いて周波数比、変
調深さを変えることにより倍音を変化さセる方式である
。この方式は倍音をある程度制御することは可能である
が、各倍音がヘソセル関数的に変化するため、スペクト
ラムの包絡がなめらかに変化する楽音を得ることが困難
であった。

本発明は前記問題点を解決するものであり、その第１の
目的は波形のスペクトラムがなめらかに変化することを
可能とした波形発生方式を提供することにある。第２の
目的は矩形波の信号の高域を除去した波形を発生する波
形発生方式を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、波形情報を記１．ａした
記憶手段と、この記憶手段に記憶された波形情報を読出
ずためのアドレス信号を順次生成するアドレス信号生成
手段と、前記記憶手段に記憶された波形情報を修正して
読出ずための変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記アドレス信号及び前記変調信号を入力し、波形の前
半の半周期では、前記変調信号より前記アドレス信号が
小の範囲で、波形情報の半周期を読み出し、その他の範
囲では、第１の所定値を波形情報として出力し、且つ波
形の後半の半周期では、前記変調信号よりｆｆ１ｒ記ア
ドレス信号が小の範囲で、波形情報の残る半周期を読み
出し、その他の範囲では、第２の所定値を波形情報とし
て出力するようにした修正アドレス信号を生成する修正
手段と、この修正手段から出力される修正アドレス信号
にて前記記憶手段をアクセスせしめる手段とを具備した
ことを特徴とした電子楽器の楽音発生方式にある。

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は不発り■の実施例の回路構成図である。

第１図においては本発明を電子鍵盤楽器に応用した実施
例である。鍵盤１の第１の出力は周波数情報発生回路２
に、第２の出力は高調波制御信号発生回路４とエンヘロ
ープ制御信号発生回路５に入力する。周波数情報発生回
路２の出力は位相角計算回路３の第１の入力端子に加わ
る。位相角計算回路３の出力はその第２の入力端子と波
形合成回路８の入力端子Ａに接続される。高調波制御信
号発生回路４の出力は加算回路６の第１の入力端子に接
続される。加算回路６の第２の入力端子には図示しない
他の回路からの制御信ｑが入力する。

加算回路６の出力は波形合成回路８の入力端子Ｉ３に入
力する。エンベロープ乗算回路７の第１の入力には波形
合成回路８の出力酩）子Ｃが、第２の入力にはエンづロ
ープ制御信号発生回路５の出力がそれぞれ接続される。

エンベロープ乗算回路７の出力は図示しないデジタル−
アナログ変換回路ＤＡＣに接続される。鍵盤１は押下さ
れた鍵の位置情報や押下された鍵のタイミング信号を発
生ずる回路であり、鍵の位置情報は周波数情報発生回路
２に、鍵のタイミング信号は高調波制御信号発生回路４
、エンヘロープ制御信号発生回路５にそれぞれ入力する
。周波数情報発生回路２ば前述の押下された鍵の位置情
報から、その鍵に対応した周波数情報すなわち位相角情
報を発生する回路であり、例えば特定のクロックによっ
て順次位相角情報を出力する。位相角計算回路３は第１
の入力端子と第２の入力端子とに加算される情報を加算
し出力する。位相角計算回路３の出力は位相角計算回路
３の第２の入力端子に加わるので周波数情報発生回路２
より発生した位相角情報は特定のクロックによって順次
位相角計算回路３の内容に加算される。すなわち、位相
角計算回路３によって周波数情報発生回路２より発生し
た位相角情報は累算される。その累算は１周期型位で行
なわれ、１周期以上の位相角となった場合には１周期の
位相が減算される。第１図の実施例においては、たとえ
ば２臆を１周期の位相角（即ち２πに相当する）とし、
それ以上の値となった時には、キャリーが出力されるが
そのキャリーを使用していないので、結果的には１周期
分の位相角を減算したものとなっている。位相角計算回
路３の出方は波形合成回路８の入力端子Ａに入力する。

高調波制御信号発生回路４には前記タイミング信号が入
力し、高調波制御信号発生回路４によって例えば時間と
共に高調波成分を変化させるための音色制御信号に変換
される。その出力すなわち音色制御信号は加算回路６に
おいて外部からの制御信号例えば外部の操作子によって
音色を変化させるための制御信号と加算される。加算回
路６は外部から制御信号を入力しない場合には省１１Ｂ
も可能である。加算回路６の出力は波形合成回路８の入
力端子Ｂに加わる。波形合成回路８は入力端子Ａより入
力する均一レートで変化する位相角即ちアドレス信号か
ら１周一期間にわたってレートが変化する修正アドレス
信号を得、波形をアクセスするための回路であり、入力
端子Ｂより入力する制御信号によってそのレートは変化
する。

例えば、波形合成回路８は第２図に示すように割算回路
９と波形メモリ１０よりなる。割算回路９は入力端子Ａ
より入力する位相角を特定の位相角範囲で入力端子Ｂよ
り入力する音色制御信号によって割算し、他の特定範囲
で異なる値でさらに割算するような動作をする。すなわ
ち、波形合成回路８において位相角の進み方が１周期に
わたって一定ではなく、変化するようになされたもので
ある。その結果は波形合成回路８内の波形メモリ１０を
アクセスし、波形データが出力端子Ｃより出力される。

この時のメモリアクセスは１周期にわたって一定ではな
く１周期で変化するので、波形メモリ１０に格納されて
いる波形の位相を歪ませた波形データが出力端子Ｃより
出力される。

鍵盤１の音色情報はさらにエンベロープ制御信号発生回
路５に入力する。エンベロープ制御信号発生回路５は、
出力する楽音の振幅を変化させる制御データを発生する
。その出力すなわちエンベロープ信号はエンベロープ乗
算回路７に入力する。

一方、波形合成回路８の出力端子Ｃより出力された波形
データがエンベロープ乗算回路７に入力しており、エン
ベロープ乗算回路７において、その波形データとエンベ
ロープ信号が乗算され、出力される。

第３図は第２図に示した本発明の実施例の波形合成回路
の構成をさらに詳細に示した回路図である。

第３図の波形合成回路８は矩形波を発生ずる回路である
。第３図における本発明の実施例においては、入力端子
Ｎ、Ｍがそれぞれ第１図における波形合成回路８の入力
Ａ、Ｂに対応する。すなわち入力端子Ｎには第１図の位
相角計算回路３の出力例えば１２ビツトの位相角データ
Ｎｏ〜Ｎ＋＋が入力し、入力端子Ｍには第１図の加算回
路６からの例えば１２ビツトの変調深さデータＭＯ〜Ｍ
＋　１が入力する。入力端子Ｍの各ビア　）　Ｍ　ｏ〜
Ｍ＋＋は割算器１）ＩＶの入力端子ＢＯ〜Ｂ１１にそれ
ぞれ入力する。入力端子Ｎの最上位ビットを除く各ビッ
トＮｏ”Ｎ＋ｏば割算器ＤＩＶの入力端子Ａ１〜Ａ１１
に接続されている。割算器ＤＩＶの入力端子ＡＯは接地
されている。割算器ＤＩＶの出力端子Ｄｏ＝ＤＩ＋は余
弦波の２周期が格納されているリードオンリメモリＲＯ
Ｍのアドレス端子に接続される。一方、入力端子Ｎの最
上位ピントＮ＋＋は排他的論理オアＥＯＲ＋の第１の入
力に接続されている。ずなわら入力端子Ｎより人力した
データの最上位ヒツトＮ＋　１がローレベルのときは排
他的論理オアＥ　ＯＲ＋　ハハソファとして、またハイ
レベルのときはイ゛／バータとして動作する。排他的論
理オアＥＯＲＩの第２の入力にはリードオンリメモリＲ
ＯＭの出力ＯＯ〜○１１がそれぞれ加わり、排他的論理
オアＥＯＲ＋の出力は端子Ｃに接続されている。

ここで入力端子Ｎより入力する値を位相角アドレス値Ｎ
Ｘとし、さらに２周期すなわち％Ｔ以前のときの値をＮ
Ｘ　１．’ＡＴ以降のときの値をＮＸ２とする。ＮＸ＋
とＮＸ２は上位ヒ・ノドＮ１１が異なり、ＮＸ＋はＮ＋
＋がローレベル。

ＮＸ２はハイレベルとなる。

ＮＸ≦Ｖ２Ｔのときには前述したように、上位ヒソｌ−
Ｎ　＋　＋はローレベルとなる。その出力は排他的論理
オアＥＯＲ＋に入力しているので、排他的論理オア群Ｅ
ＯＲ＋はバッファとして動作する。

この状態において、ＮＸ≦ＭＸのときには、アドレス値
すなわち割算器ＤＩＶの出力Ｄ１〜ＤＩ＋は％波長の波
形を記憶しているリードオンリメモリＲＯＭのアドレス
をアクセスする。入力端子Ｎが上位方向に１ビツトシフ
トされているので、この範囲ずなわぢＮＸ≦Ｖ２Ｔにお
いて、全てのり−ドオンリメモリＲＯＭに記憶されてい
るデータが指定されてリードオンリメモリＲＯＭの出力
がそのまま、端子Ｃより出力される。一方、ＮＸ＞ＭＸ
のときには割算器ＤＩＶの出力は全てノ＼イレヘルとな
る。これは割算器Ｄ・ＩＶの出力は小数点以下の値を出
力しており、１以上の場合にはすべてハイレベルとなる
ように回路が構成されているからである。すなわち、Ｎ
Ｘ＞ＭＸのときには出力はすべてハイレベルであるので
、リードオンリメモリＲＯＭの出力はリードオンリメモ
リＲＯＭに記憶されている２波長の最終値となる。ＮＸ
＞％Ｔのときにば、上位ビットＮ１１はノλイレヘルと
なる。その出力は排他的論理オアＥＯＲ１に入力してい
るので排他的論理オアＥＯＲ＋はインノ＼−夕として動
作する。この状態において、上位１ビツトすなわちＮ１
１を除いた入力端子Ｎより入力した値ＮＸ′がＮＸ′≦
ＭＸのときには１割算器ＤＩＶの出力は前述のＮＸ≦Ｍ
Ｘのときと同し動きとなる。しかしながら、このときの
リードオンリメモリＲＯＭの出力は排他的論理オアＥＯ
Ｒ１によってインバートされ、さらにリートオンリメモ
リＲＯＭに記憶されている波形は余弦波の２波長である
ので、端子Ｃより出力される波形はＮＸ≦ＭＸのときと
逆に変化する。ＮＸ＞ＭＸのときには割算器ＤＩＶの出
力はすべてハイレヘルとなり、排他的論理オアＥＯＲＩ
がインバータとして動作しているので、端子Ｃより出力
される値はリードオンリメモリＲＯＭの出力値の逆の値
となる。

第４図はその波形図を示す。横軸は時間ｔを、縦軸は振
幅の正規化値を示す。波形ＡＸは変調深さ情報ＭＸがＭ
Ｘ−％Ｔの場合と、波形ＢＸはＭ　Ｘ　＜　’Ａ　Ｔの
場合の波形である。前述したように１周期の半分すなわ
ち前半＋ＡＴにおいては、ＮＸ≦ＭＸのときには演算後
の位相角アドレス値ＬＸ＋はこのときのＮＸの値ＮＸ＋
に対してＬＸ　＋　＝　（ＮＸ　＋／ＭＸ　＋）　　・
’ＡＴ　・・１４１となる。さらにＮＸ＞ＭＸのときに
はこのときの演算後の位相角アドレス値しＸ１′は前記
したようにそのときのＮＸの値ＮＸ＋　′に関係なくＬ
Ｘ　Ｉ’　＝　　’ＡＴ　　・・・・・・・・・（５）
となる。第３図の本発明の実施例においては、特に＋Ａ
Ｔを乗じていないが、割算器ＤＩＶにおいてはバイナリ
演算であり、周期Ｔも二つのヘキ乗の値であるので、各
ビットの接続によって等測的に’ＡＴを乗した結果とな
っている。後半のｌＡ周期においてはこのときのＮＸ、
ＬＸの値、ＮＸ２゜ＬＸ３は（４＋、　＋５１式と同じ
になる。前半の騒′「周期とほぼ同し動作となるが、リ
ードオンリメモリＲＯＭの出力が排他的論理オアＥＯＲ
ｔによってインバーとトれているので、その振幅は反転
した波形となる。これによってＢＸ’のような矩形波と
なり、その矩形波の波形、すなわち換言するならば、ス
ペクトラムは変調深さ情報ＭＸによって変化する。

第５図、第９図は本発明の実施例における出力波形（ａ
ｌとスベクｊ・ラム（ｂｌをそれぞれ示す。第６図〜第
９図ｆａｔの横軸は時間、縦軸は振幅を示す。また、第
５図〜第９図（ｂｌの横軸は周波数ｆ、縦軸はその各周
波数の振幅を示す。

変調深さ　１００％すなわちＭ　Ｘ　＝　！、４　”Ｉ
”の場合には、その出力波形は余弦波となり、第５図は
その波形とスペクトラムを示す。しかし、第６図〜第９
図に示す変調深さが１００％未満のときには高調波を発
生し、その高調波は３次、５次、７次・・・のように奇
数次の高調波となる。この奇数次の高調波は第５図〜第
９図（ｂｌに示すようにその構成比がＭＸに関係して変
化する。また、この動作においては理想的には偶数次の
高調波は発生しない。

以上の本発明の実施例においては割算回路を用いるが、
これは掛算回路でも可能である。さらに、本発明の実施
例の波形発生回路を組数用いて、特佇の波形を合成する
ごとにより様々な波形を得ることが可能となる。このと
きの合成では基本波の位相を変えることによっても様々
な波形を得ることがで、きる。

また、さらに本発明の実施例においては、り一ドオンリ
メモリＲＯＭに格納された波形は２周期の余弦波である
が、これはＡ周期の余弦波でもよく、更には正弦波や三
角波でも可能である。特に三角波の場合には、その％Ｔ
同周期みをリードオンリメモリＲＯＭに格納するのでそ
のアドレスに比例した値を格納しておくだけでよい。さ
らに、第１図の加算回路６に接続されている外部回路に
より変８ＩＩｉｌ深さ情１１ＭＸを時間的に変化させる
ことが可能である。

以上述べたように本発明によれば、簡単なデジタル回路
によってスペクトラムの包絡がなめらかに変化する波形
を発生することが可能となるばかりでなく、矩形波の高
次の高ｆＩ！ｉｌ波を除去した波形を得ることが可能と
なる。さらに、その高調波の含まれ方、換言するならば
、それらの波形の形状を簡単に変えることができ、また
その波形形状を時間的に変化させることが可能となる。

また、さらに変調深さを時間的に変化させることにより
時間的に高調波の構成比が変化するような波形を簡単に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電子楽器に応用した実施例の構成図、
第２図は第１図におりる波形合成回路の構成図、第３図
は第２図のさらに詳細な割算回路並びにメモリの回路構
成図、第４図は本発明の波形形成を説明する波形図、第
５図ｔａ＋〜第９図＋１１）は本発明の実施例による出
力波形図、第５図（ｂｌ〜第９図（ｂ）はそのスペクト
ラム図である。４・・・高調波制御信号発生回路、　　　６・・・加算
回路、　　８・・・波形合成回路、　　９・・・割算回
路、　　ｌＯ・・・波形メモリ、ＥＯＲｌ・・・排他的
論理オア、　　ＲＯＭ・・・リードオンリメモリ、　　
ＤＪＶ・・・割算器。特許出願人　　　カシオ計算機株式会社代理人弁理士　
　大　菅　義　之手続補正書（方式）１４％式％１、事件の表示　昭和５７年特許願第２３０７５６号２
、発明の名称電子楽器の楽音発生方式３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　東京都新宿区西新宿２丁目６番１号４、代理人　
　８１００　　意（０３）　５９１−８７１６５、補正
命令の日付昭和５８年３月９日６、補正の対象。明細書の図面の簡単な説明の欄・７、補正の内容明細書第１８頁第１９行目から第１９頁第１行目「第５
図（ａｌ〜第９図（ａｌは本発明の実施例による出力波
形図、第５図（ｂ）〜第９図（ｂｌよそのスペクトラム
図である。Ｊとあるを「第５図（ａ）、第６図（ａ）、
第７図（ａ）、第８図（ａ）、第９図ｆａｔは本発明の
実施例による出力波形図、第５図（ｂ）、第６図（ｂ）
、第７図（ｂ）、第８図（ｂ）、第９図（ｂｌはそのス
ペクトラム図である。」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波形情報を記憶した記憶手段と、この記憶手段に
記憶された波形情報を読出すためのアドレス信号を順次
生成するアドレス信号生成手段と、前記記憶手段に記憶
された波形情報を修正して読出ずための変調信号を生成
する変調信号生成手段と、前記アドレス信号及び前記変
調信号を入力し、波形の前半の半周期では、前記変調信
号より前記アドレス信号が小の範囲で、波形情報の半周
期を読み出し、その他の範囲では、第１の所定値を波形
情報として出力し、且つ波形の後半の半周期では、前記
変調信号より前記アドレス信号が小の範囲で、波形情報
の残る半周期を読み出し、その他の範囲では、第２の所
定値を波形情報として出力するようにした修正アドレス
信号を生成する修正手段と、この修正手段から出力され
る修正アドレス信号にて前記記憶手段をアクセスせしめ
る手段とを具備したことを特徴とした電子楽器の楽音発
生方式。
（２）前記変調信号生成手段は、時間経過と共に変化す
る前記変調信号を生成することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の電子楽器の楽音発生方式。
（３）前記修正手段は、前記アドレス信号のうち最上位
ビットを除（信号を、前記変調信号にて割算する割算回
路を含み、前記記憶手段の出力は複数のゲートのそれぞ
れの第１の入力端子に接続され、且つこの複数のゲート
の第２の入力端子には、前記アドレス信号の最上位ピン
トが供給されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電子楽器の楽音発生方式。
（４）前記複数のゲートは排他的論理オアゲートである
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電子楽器
の楽音発生方式。
（５）前記記憶手段は、余弦波の２周期あるいはχ周期
の波形を記憶したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の電子楽器の楽音発生方式。
（６）前記アドレス信号生成手段は、波形の位相角を指
定する位相角情報を均一レートで、前記アドレス信号と
して生成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の電子楽器の楽音発生方式。