JPS5917432B2 - 高調波合成方式電子楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデジタル式のドローバを用いて高調５ 波合
成することにより所望する音色を得るようにした電子楽
器に関する。

アナログ式のドローバを用いて高調波合成する方法とし
て、従来トーン・ホィールにより音源となる正弦波を生
ぜしめ、ドローバの操作により該１０正弦波出力を合成
し所望する音色を得るものがある。

音源となる正弦波を発生させるトーン・ジェネレータは
第１図に示すような構造をしており、ピックアップコイ
ルＰＣに対向して配置されたトーン・ホィールＴＷが回
転すると、トーン・ホイ１５−ルＴＷの歯数とその回転
数に比例した交流電圧がピックアップコイルＰＣに誘起
される。このようなトーン・ジェネレータは高調波の各
周波数成分毎に設けられており、各トーン・ジェネレー
タに対応してドローバが設けられている。ドローバ２０
とは引出し式のスイッチであり、ドローバを適宜引く
ことにより各周波数成分の音量が調節され、トーン・ネ
生ネレータにより発生された各高調波の正弦波形は適宜
合成されて各種の音色が得られる。この場合トーン・ジ
ェネレータからの出力波■５ 形は完全な正弦波形であ
ることが要求されるが、第１図に示すようなトーン・ジ
ェネレータにあつては不必要な成分が除去しきれず歪み
が大きく、完全な正弦波形を得ることが困難である。ま
たこのようなトーン・ジェネレータを高調波の各周波■
０ 数成分毎に設けなければならないことから楽器の規
模が増大するという欠点をもつている。この他に、発振
器を用いて高調波を発生させる方法があるが、この場合
発振器の数を多数必要とし楽器の規模が増大するという
欠点がある上、夫々の周波■５ 数の関係を正確に倍増
関係にしなければならないことから発振器の調整には厳
密さが要求され、得られる高調波はせいぜい８倍音が限
度であつた０．６７−この発明はかかる従来技術の欠点
を除去する為になされたものであり、従来技術とぱ全く
異る方法により高調波合成を行うことを目的としている
。

すなわち、この発明は鍵に対応したアドレス信号を形成
し、基本波の正弦波形をデジタル的に記憶している記憶
装置から前記アドレス信号に基づいて各高調波毎の正弦
波形振幅値を順次読み出すとともに、この読み出した各
高調波の正弦振幅値と所望の音色に対応して各高調波毎
に設定したレベル制御信号とを同一高調波毎に乗算し、
該乗算値を逐次累算することをもつて高調波合成を行い
、所定音色の楽音を発生するようにした高調波合成方式
電子楽器において、前記各高調波にそれぞれ対応して設
けられ、前記レベル制御信号をそれぞれ任意に設定する
複数の操作子と、前記各高調波の正弦振幅値の読み出し
に同期して前記各操作子により設定されている前記レベ
ル制御信号を順次取り出す制御手段とを具えて構成され
、所望する各種音色を小規模なシステムで簡単かつ正確
に得るようにした高調波合成方式電子楽器を提供するも
のである。以下この発明を添附図面の実施例に関して詳
細に説明する。

第２図はこの発明に係る電子楽器の一実施例の構成を示
すプロツク線図である。

周波数ナンバ記憶装置２には各音高の周波数に対応した
数値が記憶されており、該数値をＦナンバと称すること
にする。

鍵盤スイツチ１で鍵が押圧されるとその鍵に対応するＦ
ナンバが周波数ナンバ記憶装置２から読み出される。Ｆ
ナンバの値は一例として第１表の如く定められる。第１
表は第６オクターブのＣ音（Ｃ６）から第７オクターブ
のＣ音（Ｃ７）迄の各音高に関して周波数ＦｈとＦナン
バの関係を表示したものである。なお、第１表の場合は
、音高Ｃ７（周波数Ｆｈ＝２０９３．００Ｈｚ）を基準
としてそのＦナンバを「１．００００］に決定し、他の
音高に関してはそれぞれ音高Ｃ７に対する周波比−一Ｌ
二ー一に従Ｏ八Ω９八八つてそのＦナンバを決めたもの
である。

周波数ナンバ記憶装置２から読み出されたＦナンバはゲ
ート３を通つてアドレス発生器４に入力される。

ゲート３は高調波カウンタ８の出力パルスにもとづき所
定の単位時間Ｔｘ毎に開放される。すなわち、マスタオ
シレータ■ち発生されるマスタクロツクを高調波カウン
タ８がカウントし、このクロツクパルスを１６パルスカ
ウントする毎にゲート３を開放するパルスをゲート３に
送出する。ここでこの実施例では基本波から第１６高調
波迄の計１６個の高調波成分を合成するようにしている
為、高調波カウンタ８には１６進のカウンタを用いてお
り、上記マスタクロツクの周期Ｔｃと上記単位時間Ｔｘ
とはＴＸ＝１６ｔｃなる関係にある。また、上記単位時
間説は、前述の音高周波数ＦｈおよびＦナンバと、後述
する正弦波振幅記憶装置５に記憶される正弦波形１周期
のサンプル点数Ｍとに上゛よつて決まり、Ｔｘ−？とな
る。

この実施ＦｈＸＭ 例では、後述するようにＭ＝３２としているので、Ｔｘ
は？−１４．９マイクロ秒とＯ八０り八Ｎｖり９ アドレス発生器４ではゲート３から送られたＦナンバの
値を一時記憶しておきこれをマスタクロツクの周期Ｔｃ
に従つて逐次累算する。

すなわち、累算値は順にＦ，２Ｆｌ３Ｆ・・・・・・１
６Ｆなる値になり、各累算値毎に正弦波振幅記憶装置５
に入力される。値Ｆが１６回累算されて累算値が１６Ｆ
になつた時、高周波カウンタ８は１６カウントするので
ゲート３が開放されて新しいＦナンバが送出される。こ
こで、前記累算値Ｆ、２Ｆ、・・・・・・１６Ｆの整数
部は正弦波振幅記憶装置５から基本波、第２高調波・・
・・・・第１６高調波の各高調波毎の正弦波形サンプル
点振幅値を読み出す為のアドレスとなり、正弦波振幅記
憶装置５から各高調波の正弦波形サンプル点振幅値がマ
スタクロツクの周期Ｔｃ毎に該アドレスに従つて基本波
から順に読み出される。基本波から第１６高調波迄読み
出すまでに要する時間は前述した単位時間Ｔｘとなる。
また、ゲート３が開放されて新しいＦナンバが送出され
ると、アドレス発生器４は、一時記憶していた値Ｆと新
たに入力されたＦナンバとを加算しオ＊てその加算値２
Ｆを新たに一時記憶するとともに、この値２Ｆをマスタ
クロツクの周期Ｔｃに従って逐次累算して２Ｆ１４Ｆ・
・・・・・３２Ｆなる累算値を順次出力する。この累算
値の整数部が次の単位時間Ｔｘにおける各高調波の正弦
波形サンプル点振幅値を読み出す為のアドレスとなる。
いまＡ＃６、Ｇ６、Ｃ７音を例にとつて、基本波に関す
るＦナンバの累算値ＱＦ（ｑは単位時間Ｔｘ毎に１、２
、３・・・・・・と音化する変数）の変化の様子を第２
表にノ 示す。第２表によれば、Ｃ，音の１周期を形成
するには、３２の単位時間Ｔｘの経過、すなわち３２回
のＦナンバの累算を必要とし、Ａ＃６音の場合は３６回
のＦナンバの累算、Ｇ６音の場合は４３回のＦナンバの
累算が必要であることがわかり、低音になる程Ｆナンバ
の累算回数点が増すということが示されている。またマ
スタクロツクの周期Ｔｃによつて累算される各高調波毎
の累算値はｎ（ｎ＝１、２・・・・・・１６）番目の高
調波成分につきＮｑＦなる値となる。正弦波振幅記憶装
置５には基本波に関する正確な正弦波形一波が３２のサ
ンプル点振幅値でデジタル的に記憶されており、各高調
波毎の各サンプル点振幅値は前記Ｆナンバの累算値Ｎｐ
Ｆの整数部をアドレスとして、この正弦波振幅記憶装置
５から読み出される。

なお正弦波振幅記憶装置５に記憶される正弦波形は正確
な一波形である必要はなく、正弦波形の各サンプル点振
幅値の絶対値を考慮すれば一波形の前半−に関してのみ
記憶させπておけばよく、例えば正弦波形のＯ〜一（Ｒ
ａｄ）迄を分割し夫々のサンプル点振幅値を２進データ
によつて記憶してもよい。

正弦波振幅記憶装置５から単位時間Ｔｘの間に順に読み
出された基本波から第１６高調波迄の各高調波成分毎の
正弦波形サンプル点振幅値は高調波振幅乗算器６におい
てアタツク・デイケイエンベロープの加昧された各高調
波毎のレベルと乗算される。尚、各高調波毎のレベルは
ドローバ装置９にある各高調波に対応するドローバ一の
引き出された状態によつて選択されるものである。次に
、このドローバを用いた高調波合成について第３図を参
照しながら説明する。

第３図はドローバ装置９の一実施例のプロツク線図であ
る。１６進の高調波カウンタ８の出力は４ビツトの２進
データＨＣとしてデコーダＤＥに送られ、基本波ｄ１か
ら第１６高調波Ｄｌ６迄の１６本の信号にデコードされ
る。

このデコーダＤＥの出力であるｄｌ〜Ｄｌ６の１６本の
信号は夫々ドローバＤ１〜Ｄｌ６のスイツチのコモン端
子Ｓ１〜Ｓｌ６に接続されており、デコーダＤＥの入力
ＨＣに対応する１本の出力線のみがローレベルとなり他
の１５本の出力線はハイレベルとなる。またドローバＤ
１〜Ｄｌ６の出力はワイアード・オアにしてある為デコ
ーダＤＥの出力はオーフソコレクタのものを使用する必
要がある。夫々の出力線ｄｌ〜Ｄｌ６にローレベルが送
出されるタイミングはマスタクロツクの周期Ｔｃに等し
く、時間Ｔｃ毎に時分割されｄｌ〜Ｄｌ６まで）屓にロ
ーレベルが送出され、計１６本の信号を送出し終える周
期は前記単位時間Ｔｘに等しい。ドローバは各高調波の
レベルを調節する引出し式のスイツチとなつており、ド
ローバＤ１ぱ基本波、Ｄ２は第２高調波・・・・・・Ｄ
ｌ６は第１６高調波に夫夫対応している。

この実施例では、ドローバＤ１に関して詳細に図示して
いるように、ドローバは０ｄＢから−４０ｄＢまでの状
態を２ｄＢステツプで選択でき、かつ−００ｄＢの状態
を加えると計２２段階のレベル調節が可能なものである
。例えばドローバが全く引かれていない状態では、とな
りドローバが最大限に引かれた状態ではコモン端子は０
ｄＢの位置にありこの時最大レベルを得る。各ドローバ
Ｄ１〜Ｄｌ６の状態は時間Ｔ。毎の時分割で逐次検出さ
れエンコーダＥＮに入力される。ドローバの出力は第３
図に一部図示するようにワイアード・オアになつている
為ドローバの数にかかわらずエンコーダＥＮは１個で十
分である。エンコーダＥＮは各ドローバから検出された
レベル状態の情報を２進データに変換するものであり、
例えば第３表に示すようにコード化されている。エンコ
ーダＥＮからの出力はデシベル−リニアコンバータＣＶ
に送られ、デシベル−リニアコンバータＣＶの記憶内容
を読み出す為のアドレスとなる。

デシベル−リニアコンバータＣＶは各ドローバから検出
されたデシベルスケールのレベルをリニアに変換するも
のであり、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）からなつてい
る。デシベル−リニアコンバータＣＶからは各ドローバ
に設定された基本波から第１６高調波までのレベルがリ
ニア量で７ビツトの２進データにて順に読み出され、該
出力はアタツク・デイケイ乗算器１１に入力されアタツ
ク・デイケイエンベロープデータが乗算される。アタツ
ク・デイケイエンベロープデータはアタツク・デイケイ
装置１０からアタツク・デイケイ乗算器１１に送出され
る。

アタツク・デイケイ装置１０には、アタツク・デイケイ
制御論理回路（図示せず）とアタツク・デイケイメモリ
（図示せず）が含まれている。アタツクを始めるにあた
つてまず鍵盤スイツチ１が閉じられたことをアタツク・
デイケイ制御論理回路で検出する。該検出データに基づ
きアタツク・デイケイ制御論理回路からはアタツク・デ
イケイメモリに記憶されているデータを読み出す為のア
ドレスが発生される。アタツク・デイケイメモリにはア
タツク・デイケイエンベロープの形状がデジタル的に記
憶されている。前記アドレスに従つてアタツク・デイケ
イメモリからは鍵が押圧された当初から適宜時間の間ア
タツクエンベロープのデータが読み出され、このデータ
はアタツク・デイケイ乗算器１１に送出される。尚アタ
ツク・デイケイ制御論理回路には所定のタイミング回路
（図示せず）があり、このタイミング回路によりアタツ
ク及びデイケイの継続時間が制御される。デイケイエン
ベロープは鍵盤スイツチ１が開放されたことをアタツク
・デイケイ制御論理回路が検出することにより、アタツ
クエンベロープの場合と同様にしてアタツク・デイケイ
メモリからデイケイエンベロープのデータが読み出され
、乗算器１１に送出される。但し開放されたばかりの鍵
盤スイツチ１によつて選択されていた音高のＦナンバの
値を、周波数ナンバ記憶装置２から所定のデイケイ期間
の間継続して出力させるようなデイケイ保持制御装置（
図示せず）がアタツク・デイケイ制御論理回路には含ま
れている。かくしてアタツク・デイケイエンベロープの
乗算された各ドローバの状態に応じた各高調波のレベル
がマスタクロツクの周期Ｔｃ毎に基本波から第１６高調
波まで順に、かつ単位時間Ｔｘ毎に繰り返し、アタツク
・デイケイ乗算器１１から高調波振幅乗算器６に送出さ
れる。

一方、前述したように正弦波振幅記憶装置５からは、基
本波から第１６高調波までの各高調波の正弦波形サンプ
ル点振幅値がマスタクロツクの周期Ｔｃ毎に時分割され
て順に読み出されている。

従つて各高調波の正弦波形サンプル点振幅値とそれに対
応する各高調波毎のレベルが高調波振幅乗算器６に送出
されるタイミングは完全に一致している。例えば最初の
周期Ｔｃに正弦波振幅記憶み出されると同時に、アタツ
ク・デイケイ乗算器１１からは基本波に対応しているド
ローバＤ１に設定されているレベル状態がアタツク・デ
ィケイエンベロープデータを乗算されて高調波振幅乗算
器６に入力され、前記基本波の振幅値と乗算されて累算
器１２に出力される。次に周期Ｔｃには第２高調波の正
弦波形サンプル点振幅値と、ドローバＤ２の設定状態に
応じたレベルが高調波振幅乗算器６で乗算された累算器
１２に出力される。以下同様にして各高調波毎に正弦波
形サンプル点振幅値とドローバの設定状態に応じたレベ
ルの乗算が行われ、累算器１２に出力される。累算器１
２では上記基本波から第１６高調波までの各高調波振幅
乗算値を逐次累算することにより全高調波成分を合成し
、ドローバＤ１〜Ｄｌ６の設定状態に応じた所望する音
色をもつた楽音波形のサンプル点データを形成する。

すなわち、累算器１２はマスタクロツクの周期Ｔｃ毎に
高調波振幅乗算器６の出力を逐次累算し、基本波から第
１６高調波までの累算を終えた時高調波カウンタ８から
周期Ｔｘのパルスが送られ、このパルスに従つて累算器
１２はりセツトされ、上記累算値すなわち音色が合成さ
れた楽音波形のサンプル点データをバツフアレジスタ１
３に送出する。この楽音波形のサンプル点データはバツ
フアレジスタ１３を経てデジタル−アナログ変換器１４
に人力され、アナログ変換された後音響装置１５に送出
されオーデイオ出力される。以下同様にして楽音波形の
各サンブル点データが周期Ｔｘ毎に出力される。以上単
音に関して説明したが、複音の高調波合成に関しても時
分割方式を用いることにより単音の場合と同様にして容
易に実現することができる。

また特定の音色を実現する各高調波毎のレベルをあらか
じめ読み出し専用メモリ（以下ＲＯＭ）等に記憶させて
おき、このようなＲＯＭを各音色毎にドローバ装置９に
付随してあらかじめ設けておけば、該ＲＯＭに係る音色
を発音する場合には各ドローバを調節することなく、該
ＲＯＭを選択すれば即座に所望音色を得ることができる
。かかるＲＯＭからなる装置をプリセツト装置と称する
ことにする。以下このプリセツト装置の一例について説
明する。

一例として３種の音色に係る各高調波毎のレベルを記憶
した読み出し専用メモリＲＯＭｌ，ＲＯＭ２，ＲＯＭ３
が設けられているものとする。

高調波カウンタ８の出力ＨＣをアドレスとして、この読
み出し専用メモリにあらかじめ記憶された各高調波毎の
レベルが５ビツトの２進データで基本波から第１６高調
波まで順に読み出され、このＲＯＭｌ〜ＲＯＭ３のうち
のいずれか１つからの出力はデシベル−リニアコンバー
タＣＶに送出される。この時デシベル−リニアコンバー
タＣＶの入力はワイアード・オアとなる為ＲＯＭｌ〜Ｒ
ＯＭ３の出力及び、エンコーダＥＮの出力はオープンコ
レクタのものを使用する必要がある。各ＲＯＭには音色
選択スイツチＳＳから動作指令信号Ｅ１〜Ｅ３が入力さ
れており、例えば音色選択スイツチＳＳのコモン端子Ｓ
ＯがＲＯＭ，に設定されると信号Ｅ１のみがローレベル
になりＲＯＭ，のみが動作され、ＲＯＭｌに記憶されて
いる各高調波毎のレベルに応じて高調波合成がなされ、
所望の音色（ＲＯＭｌが例えばフルートに該当するなら
ばフルートの音色）が音響装置１５から発音される。ま
た音色選択スイツチＳＳにドローバ用の端子を設け、ド
ローバ装置９内のデコーダＤＥに動作指令信号Ｅｄを送
出させれば、高調波合成にあつてＲＯＭを使用するか、
若しくはドローバを使用するかという選択が適宜可能と
なる。すなわち、ドローバを使用する場合は音色選択ス
イツチＳＳのコモン端子Ｓ。を端子Ｓｄに設定し、信号
ＥｄのみをローレベルにしてデコーダＤＥを動作させ、
ドローバ装置９を動作させればよい。この場合、信号Ｅ
ｄがローレベルのときのみデコーダＤＥが動作するよう
になつており、信号Ｅｄがハイレベルのときはデコーダ
ＤＥの１６本の出力ｄ１〜Ｄｌ６はすべてハイレベルと
なりドローバ装置９は動作しない。このようにしてドロ
ーバ装置とプリセツト装置を組み合わせ、適宜使いわけ
れば変化に富んだ演奏を行うことができる。また音色毎
に各高調波毎のレベルを記憶する記憶装置ＲＯＭに限ら
ず、ランダムアクセスノモリ（以下ＲＡＭ）でもよく、
ＲＡＭを用いた場合は各ドローバＤ１〜Ｄｌ６に設定さ
れているレベル状態を適宜記憶させることが可能になる
。尚この発明に係る電子楽器の装置規模に関して若干の
具体例を挙げてみるならば、ドローバ装置におけるデコ
ーダＤＥはＩＣ素子２個程度により構成され、エンコー
ダＥＮはＩＣ素子１０個程度、デシベル−リニアコンバ
ータＣＶはＩＣ素子１個により構成され、極めて小規模
な装置となる。

また以上の説明では、各高調波成分を合成する操作子と
して、引出し式のドローバについて述べたが、これに限
定されるものではなく、その他例えばロータリスイツチ
等でもよい。以上述べたようにこの発明によれば、高調
波はデジタル的に発生される為正確な正弦波形を得るこ
とができ、音の歪みは殆んど生ぜず、また１６種の高調
波について夫々多段階のレベル調節ができる為多種多様
な高調波の組み合わせが実現できる上、発振器は１つで
足り、ＩＣ化により装置は極めて小規模なものとなる。

かくて、複数の各操作子の任意の組合せ操作により無限
に近い種々の異なつた音色の楽音を形成することができ
るとともに、また演奏中において各操作子を適宜操作す
ることにより経時的に音色を変化させることもでき、任
意所望の音色を小規模なシステムで簡単かつ正確に得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のドローバ・システムに係る正弦波発生の
為のトーン・ジエネレータの構造を示す図、第２図はこ
の発明に係る電子楽器の一実施例の構成を示すプロツク
線図、第３図ぱドローバ装置９の一実施例を示すプロツ
ク線図である。 １・・・・・・鍵盤スイツチ、２・・・・・・周波数ナ
ンバ記憶装置、３・・・・・・ゲート、４・・・・・・
アドレス発生器、５・・・・・・正弦波振幅記憶装置、
６・・・・・・高調波振幅乗算器、７・・・・・・マス
タオシレータ、８−・・・・・高調波カウンタ、９・・
・・・・ドローバ装置、１０・・・・・・アタツク、デ
イケイ装置、１１・・・・・・アタツク・デイケイ乗算
器、１２・・・・・・累算器、１３・・・・・・バツフ
アレジスタ、１４・・・・・・デジタル−アナログ変換
器、１５・・・・・・音響装置、ＤＥ・・・・・・デコ
ーダ、Ｄ１〜Ｄｌ６・・・・・・ドローバ、ＥＮ・・・
・・・エンコーダ、ＣＶ・・・・・・デシベル−リニア
コンバータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鍵に対応したアドレス信号を形成し、基本波の正弦
   波形をデジタル的に記憶している記憶装置から前記アド
   レス信号に基づいて各高調波毎の正弦波形振幅値を順次
   読み出すとともに、この読み出した各高調波の正弦振幅
   値と所望の音色に対応して各高調波毎に設定したレベル
   制御信号とを同一高調波毎に乗算し、該乗算値を逐次累
   算することをもつて高調波合成を行い、所定音色の楽音
   を発生するようにした高調波合成方式電子楽器において
   、前記各高調波にそれぞれ対応して設けられ、前記レベ
   ル制御信号をそれぞれ任意に設定する複数の操作子と、
   前記各高調波の正弦振幅値の読み出しに同期して前記各
   操作子により設定されている前記レベル制御信号を順次
   取り出す制御手段とを具えた高調波合成方式電子楽器。