JPS6042957B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、操作鍵音高に対応した基本波（基音）およ
びその高調波成分（倍音）を発生させ、この基本波およ
びその高調波成分にそれぞれ対応する振幅係数を乗じて
その乗算値を合成することによつて楽音を形成する高調
波合成方式の電子楽器の改良に関し、特に可動フオルマ
ント特性を示す楽音を容易に発生し得るようにした電子
楽器に関するものである。

Ａ 従来技術の説明 高調波合成方式の電子楽器としては、楽音波形の連続す
るサンプル点における振幅値を（１）式にもとずいて順
次計算することにより楽音を得るようにしたものがある
。

２ π Ｘｏ（ｑＲ）■丁ＣｎＳｉｎｗｎｑＲ・・・（１）Σ（
ｑ■１、２、・・・・・・） ここで、 Ｘｏ（ｑＲ）・・・・・・楽音波形の各サンプル点にお
ける波形振幅値。

Ｒ・・・・・・発生楽音の周波数（音高）に比例した数
値（以下、周波数ナンバと称す）。

ｎ・・・・・・基本波を含む各高調波成分の次数を表わ
し、ｎ＝１は基本波（基音）、 ｎ＝２は第２高調波
（第２倍音）、ｎ ＝３は第３高調波（第３倍音）・・・・・に対 応す
る。

Ｃｎ・・・・・・各次数の高周波成分に対する振幅係数
（フーリエ係数）。

Ｎ・・・・・・発生楽音の最高周波数における楽音１波
形のサンプル点の数。

Ｗ・・・・・・各サンプル点において合成しようとする
高調波の総数。

Ｗ＝Ｎ／２の関係がある。

なお、以下の説明において高調波とは基 本波を含む
ものとし、基本波は第１高調 波とする。

この高調波合成方式による電子楽器は、例えば第１図に
示すように構成されている。

同図において、１は鍵盤部に設けられたキースイッチー
回路であつて、鍵盤部の各鍵に対応したキースイッチを
有し、ある鍵が押鍵されると対応するキースイッチが動
作し、その出力線に論理値゜“１゛の信号を出力するよ
うに構成されている。このキースイッチ回路１には単音
優先回路，が内蔵されており、同時に２個以上のキース
イッチが動作した場合、優先順位の高いキースイッチに
対応する出力線にのみ゛゜１゛信号が出力されるように
なつている。キースイッチ回路１の各キースイッチに対
応；する出力線は、各鍵の音高に対応した周波数ナンバ
Ｒが記憶されている周波数ナンバメモリ２の入力側に接
続されており、ある鍵が押鍵されるとキースイッチ回路
１の出力によつてアドレスされて周波数ナンバメモリ２
からその鍵の音ｊ高に対応した周波数ナンバＲが読み出
される。

一方、クロック発振器３は一定周期のクロックパルスた
を出力しており、このクロックパルス忙はカウンタ４に
おいてＷ分周されて計算区間タイミング信号Ｔｘとなる
。この場合、ＲｗＪくは合成しようとする高調波の総数
であつて、例えば第托高調波まで合成する場合はＲＷ＝
１６ｊとなる。このようにして作られた計算区間タイミ
ング信号欲はゲート５に供給される。このゲート５は計
算区間タイミング信号徴が供給される毎に開いて周波数
ナンバメモリ２から出力される周波数ナンバＲを音程区
間加算器６に供給する。音程区間加算器６はゲート５を
介して周波数ナンバＲが供給される毎（すなわち計算区
間タイミング信号伐が発生する毎）に該周波数ナンバＲ
を累算して１Ｒ，２Ｒ，３Ｒ・・・・・・と増加する累
算値ＱＲを出力する。そして、音程区間加算器６は累算
値ＱＲが該加算器６のモジユロ（法）Ｎを超えるとオー
バフローして、以後は計算区間タイミング信号Ｔｘが発
生される毎に再び同様な累算動作を行なう。

このように、計算区間タイミング信号Ｔｘの発生毎に変
化する累算値ＱＲは、クロックパルス眉こよつてゲート
制御されるゲート７を介して高調波区間加算器８に供給
される。この場合、クロックパルス眉ま計算区間タイミ
ング信号欲のＷ倍の周波数を有しているために計算区間
タイミング信号収の１周期間にゲート７はｗ回開かれる
ことになる。この結果、高調波区間加算器８はクロック
パルス馳の発生毎にゲート７から出力される累算値ＱＲ
を順次加算してその累算値ＲＫｌＲを出力する。そして
、高調波区間加算器８はＷ回の累算を完了すると、計算
区間タイミング信号欲によつてリセットされ以後同様な
動作を行なう。従つて、この高調波区間加算器８は、計
算区間タイミング信号欲の１周期の間にクロックパルス
眉こしたがつて順次増加する累算値ＮｑＲ（ｎ＝１，２
，３・・・・・Ｗ）を発生していることになる。この累
算値ＮｑＲは、メモリ●アドレス・デコーダ９において
デコードされ、このデコード出力が正弦波波形１周期の
順次サンプル点振幅値を各アドレスに記憶している正弦
関数メモリ１０にアドレス信号として供給され、該メモ
ｌ月０から正弦振幅催？Ｉｒ８ｑＲを読み出す。上記の
説明から明らかなように、音程区間加算）６の累算値Ｑ
Ｒは、楽音波形振幅の計算すべき口次サンプル点を示し
、また高調波区間加算器８）累算値ＮｑＲは現在計算中
の順次サンプル点ＱＲＬおけるｎ次高調波の位相を表わ
すことになる。

−の結果、正弦関数メモＩ川０からは当該サンプ・点Ｑ
Ｒにおける各高調波（基本波を含む）の正弦振幅値Ｓｉ
７Ｒ（ｎ＝１，ｎｗｎｑ２・・・・・Ｗ）が基本波（第
１高調波）、第２高調波、・・・・・第Ｗ高調波の順で
順次発生される。

この場合、計算される楽音波形のサンプル点は計算区間
タイミング信号仮の発生毎に順次移行していくものであ
るが、次にどのサンプル点に移行すべきかは周波数ナン
バＲによつて決まるものであり、この周波数ナンバＲは
操作鍵の音高に比例したものである。したがつて、正弦
関数メモリ１０からは操作鍵の音高に対応した各高調波
の正弦振幅値（Ｓｉ７Ｒ）が順次時分割
ｎ■Ｎｑ的に発生される。

一方、メモリアドレス制御装置１１はモジユロ（法）Ｗ
のカウンタによつて構成されており、カウンタ４に同期
してクロックパルスＴｃを順次カウントしてそのカウン
ト値を高調波係数メモリ１２にアドレス信号ｎとして出
力する。

高調波係数メモリ１２には、所望の楽音音色を得るため
に最適な各高調波の振幅値に対応した高調波振幅係数Ｃ
ｎが各アドレスに記憶されており、メモリアドレス制御
装置１１からクロックパルスＴｃに同期して順次変化す
るアドレス信号ｎ（高調波の次数を示す）が供給される
と、各アドレスに記憶されている各高調波の振幅値を設
定する高調波振幅係数Ｃｎが順次読み出される。この高
調波振幅係数Ｃｎは高調波振幅乗算器１３に出力される
。高調波振幅乗算器１３は、正弦関数メモリ１０から順
次サンプル点毎に時分割的に読み出される各高調波の正
弦振幅値Ｓｊｎ？ＮｑＲと各高調波別に設定された高調
波振幅係数Ｃｎとを乗算してその乗算値Ｆｎ＝Ｃｎｓｉ
ｎ？ＮｑＲを累算器１４に供給する。

この場合、メモリアドレス制御装置１１は高調波区間加
算器８と同期しているために、各高調波別に順次読み出
される高調波振幅係数Ｃｎは対応する高調波正弦振幅値
Ｓｉ７ｑＲに乗算され、こ へＶ１れに
よつて各高調波別の振幅値Ｆｎの設定が行なわれる。

累算器１４は高調波振幅乗算器１３から出力される各高
調波別の振幅値Ｆｎを順次累算する。そして、計算区間
タイミング信号欲が発生されると、ゲート１５が開いて
累算器１４の累算値（楽音波形のあるサンプル点におけ
る振幅値を表わしている）をＤ−Ａ変換器１６に出力す
るとともに、累算器１４がリセットされて次のサンプル
点における振幅値計算のために再び前述と同様な累算動
作を行なう。従つて、Ｄ−Ａ変換器１６には、押下鍵の
音高に対応した周期で、かつ各高調波振幅係数Ｑｎによ
り設定される波形形状の楽音波形の順次サンプル点にお
ける振幅値（デジタル信号）が計算区間タイミング信号
汲の発生毎に入力されることになり、そしてこのデジタ
ル振幅値をアナログ信号に変換してサウンドシステム１
７に供給することにより押下鍵に対応した音高でかつ高
調波係数メモリ１２に記憶された高調波振幅係数Ｃｎに
対応した音色の楽音が発生される。一方、発生楽音に対
する振幅エンベロープの付与は次のようにして行なわれ
る。すなわち、サウンドシステム１７には、いずれかの
鍵が押鍵された時にキースイッチ回路１から出力される
キーオン信号ＫＯＮによつて動作を開始するエンベロー
プ波形発生器が設けられており、このエンベロープ波形
発生器から出力されるエンベロープ波形が楽音信号に乗
算されて発生楽音にアタック、サステイン、デイケイ等
の振幅エンベロープが付与される。なお、このような構
成による電子楽器は、特開昭４８−９０２１７号に開示
されているため、その各部の具体的な構成および動作の
説明は省略する。

ＪＢ従来技術の欠点以上の説明から明らかなように、上
述した従来の高調波合成方式の電子楽器は、押下鍵の音
高に対応した周波数で、た高調波係数メモリ１２に記憶
された高調波振幅係数Ｃｎによつて設定される音色で、
かつ振幅エンベロープに対応した音量の楽音を発生して
いる。

従つて、この発生楽音は音量が振幅エンベロープに対応
して制御されるのみで、その音色はどの音高においても
同様なものとなる。ノ ところが、例えば管楽器等の
ように気道を利用した楽器においては、音高（音域）が
変化すると、各高調波成分のレベルが変化し、これによ
つて管楽器特有の音色の楽音を発生する、いわゆる可動
フオルマント特性を示すものとなつている。

しかしながら、上述した従来の高調波合成方式の電子楽
器では、高調波振幅係数Ｃｎを記憶した高調波係数メモ
リ１２を各高調波の次数を示す信号ｎのみでアドレスし
ているため、各高調波成分に乗じる高調波振幅係数Ｃｎ
は押下鍵音が変化しても変わらず、発生楽音の音色は何
等変化しない、いわゆる固定フオルマント特性を示すも
のとなつている。

このため、管楽器等のように気道を利用した楽器に近似
した可動フオルマント特性の楽音を発生させることが困
難なものとなつている。Ｃ この発明の目的および概要
説明 この発明は、上述した従来の電子楽器の欠点に鑑みなさ
れたもので、その目的とするところは可動フオルマント
特性を示す楽音を容易に発生し得るようにした電子楽器
を提供することにある。

このためにこの発明においては、楽音を構成する各高調
波成分の振幅値を設定する各振幅係数を、該各成分の次
数とともに発生楽音の−周波数（音高）によつても制御
するようにしている。以下、図面を用いてこの発明によ
る電子楽器を詳細に説明する。

Ｄ この発明の構成および動作説明 （１）この発明の構成説明 第２図はこの発明による電子楽器の一実施例を示すブ
ロック図であつて、第１図と同一部分は同一記号を用い
てその説明を省略する。

同図において、１８はクロック発振器３から出力される
一定周期のクロックパルスＴｃをカウントし、そのカウ
ント出力を各高調波の次数を示す次数ナンバｎとして出
力するカウンタ、１９はカウンタ１８から出力される次
数ナンバｎと周波数ナンバメモリ２から出ｊ力される周
波数ナンバＲとを乗算してその乗算値ＮＲを後述する振
幅係数メモリ２０にアドレス信号として供給する乗算器
、２０は例えば第３図に示すように所望のフオルマント
特性に対応して各周波数の振幅レベルを記憶４している
振幅係数メモリであつて、乗算器１９の乗算値ＮＲ（各
高調波の周波数を表わしている）によりアドレスされて
対応する振幅レベルを振幅係数ＣｎＲとして読み出し高
調波振幅乗算器１３に出力する。（２）この実施例の動
作説明 このように構成された電子楽器において、鍵盤部であ
る鍵が押鍵されると、対応するキースイッチが閉じて、
キースイッチ回路１の対応する出力線に゜“１゛信号が
出力される。

このキースイッチ回路１の出力信号は、周波数ナンバメ
モリ２をアドレスして押下鍵の音高に対応した周波数ナ
ンバＲを読み出して出力する。この周波数ナンバＲは、
クロック発振器３から出力される一定周期のクロックパ
ルス忙をカウンタ４においてＷ分周して作られた計算区
間タイミング信号徴によつて開となるゲート５を介して
音程区間加算器６に供給される。音程区間加算器６は計
算区間タイミング信号徴の発生毎に供給される周波数ナ
ンバＲを順次加算し、累算値ＱＲを出力する。この累算
値ＱＲはクロックパルスＴｃによつて開となるゲート７
を介して高調波区間加算器８に供給され、この高調波区
間加算器８は累算値ＱＲを計算区間タイミング信号Ｔｘ
の一周期内においてクロックパルスＴｃのタイミングで
１ｑＲ，２ｑＲ，３ｑＲ・・・・・・と順次加算して、
各高調波（基本波を含む）の当該サンプル点における正
弦波振幅値の位相を指定する累算値ＮｑＲを発生する。
この累算値ＮｑＲは、メモリ・アドレン・デコーダ９に
おいてデコードされた後、正弦関数メモリ１０をアドレ
スして各高調波の正弦振幅値Ｓｉｒ８ｎｑＲを時分割的
に読み出す。このような動作は、計算区間タイミング信
号■の発生毎に、押下鍵音高に対応した楽音波形の各サ
ンプル点に対して同様に行なわれる。一方、カウンタ１
８はクロック発振器３から出力されるクロックパルス虻
をカウントし、そのカウント出力を次数ナンバｎとして
乗算器１９に供給する。

乗算器１９は、周波数ナンバメモリ２から出力される押
下鍵音高に対応した周波数ナンバＲとカウンタ１８から
出力される次数ナンバｎとを乗算し、その乗算値ＮＲを
振幅係数メモリ２０にアドレス信号として供給して対応
する振幅係数ＣｎＲを指定する。このことにより、振幅
係数メモリ２０からは、乗算器１９から出力される乗算
値ＮＲによつて指定された振幅係数ＣｎＲが読み出され
る。

この場合、乗算器１９の乗算値訳のＲＲＪは発生すべき
楽音の基本周波数を表わすものであり、またＲｎョは楽
音の基本波（第１高調波）に対する高調波の次数を表わ
すものである。従つて、乗算値餓は各高調波の実際の周
波数を表わしているものてある。従つて、振幅係数メモ
リ２０からは各周波数（ＮＲ）に対する振幅係数ＣｎＲ
が読み出される。この場合、乗算値餓は正弦関数メモリ
１０から読み出される各高調波の正弦振幅値（Ｓｉ７Ｒ
）の周波数と一致するものＮｗ−Ｎｑ であるため、高調波振幅乗算器１３においては各高調波
の周波数に対応した振幅係ＢｃｎＲによる各高調波の振
幅設定が行なわれる。

このようにして高調波振幅乗算器１３において振幅設定
された各高調波別の振幅値Ｆｎは、累算器１４において
順次累算され、その累算値は計算区間タイミング信号欲
の発生毎にゲート１５を介してＤ−Ａ変換器１６に供給
され、サウンドシステム１７から楽音として発音される
。この場合、サウンドシステム１７から発音される楽音
は、押下鍵音高によつても各高調波の正弦振幅値Ｓｊｎ
？ＮｑＲに付与する振幅係数ＣｎＲが変化するため、押
下鍵音高によつて各高調波の振幅値Ｆｎが変化し、これ
によつて押下鍵音高によつて音色が変化するものとなる
。従つて、振幅係数メモリ２０に記憶する振幅係数Ｃｒ
ｌＲを所望のフオルマント特性に対応させることによつ
て可動フオルマント特性を示す楽音を容易に発生するこ
とができる。なお、この実施例において、次数ナンバｎ
と周波数ナンバＲとの演算は乗算器を用いて行なつてい
るが、次数ナンバｎおよび周波数ナンバＲをそれぞれ対
数化した対数次数ナンバ１０ｇｎおよび対数周数数ナン
バ１０ｇＲとして発生させ、ＮＸＲの演算をＲｌＯｇｎ
＋１０ｇＲＪという加算処理で行なつた後この加算結果
を自然数に変換して演算値ＮＲを作るようにしてもよい
。

また、この実施例においては次数ナンバｎと周波数ナン
バＲとの乗算値餓によつて各高調波の振幅値設定のみを
行なつているが、この乗算値Ｒにより各高調波のピッチ
、エンベロープ等各種のパラメータを制御するようにし
てもよい。

Ｅ この発明の効果以上説明したように、この発明によ
る電子楽器は操作鍵音高に対応した基本波およびその高
調波の各成分を作り、これらの各成分に加重する各振幅
係数を操作鍵音高および該各成分の次数の両者に基づぎ
設定するようにしたため、発生楽音の音色が可動フオル
マント特性を示すものとなり、気道を利用した例えは管
楽器等の楽器の楽音が容易に発生できると共に、可動フ
オルマント特性を示す人声も発生させることができ、単
に音楽を演奏する電子楽器としただけでなく、人声発生
装置としての利用が計れるなど極めて優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高調波合成方式の電子楽器の一例を示す
ブロック図、第２図はこの発明による電子楽器の一実施
例を示すブロック図、第３図は振幅係数メモリの記憶波
形の一例を示す図である。 １・・・・・・キースイッチ回路、２・・・・・・周波
数ナンバメモリ（周波数ナンバ発生手段）、３・・・・
・・クロック発振器、４・・・・・カウンタ、６・・・
・・・音程区間加算器、８・・・・・・高調波区間加算
器、１０・・・・・・正弦関数メモリ、１３・・・・・
・高調波振幅乗算器、１４・・・・・・累算器、１７・
・・・サウンドシステム、１８・・・・カウンタ（次数
ナンバ発生手段）、１９・・・・・乗算器、２０・・・
・・・振幅係数メモリ（振幅係数発生手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 楽音を構成する基本波およびその高調波に対応する
   各成分を作り、この各成分にそれぞれ対応する振幅係数
   を乗じてその乗算値を合成することによつて楽音を形成
   する高調波合成方式の電子楽器において、押下鍵の音高
   に対応した周波数ナンバを発生する周波数ナンバ発生手
   段と、上記各成分の次数を示す次数ナンバを発生する次
   数ナンバ発生手段と、上記周波数ナンバ発生手段から発
   生される周波数ナンバと上記次数ナンバ発生手段から発
   生される次数ナンバとを演算する演算手段と、上記演算
   手段の演算出力に対応した振幅係数を発生する振幅係数
   発生手段とを備え、上記振幅係数発生手段から発生され
   る振幅係数を上記各成分に乗じることにより該各成分の
   振幅値を設定するようにしたことを特徴とする電子楽器
   。 ２ 前記演算手段は前記周波数ナンバと前記次数ナンバ
   とを乗算するものであり、前記振幅係数発生手段は所望
   のフオルマント特性に対応して各周波数に対する振幅レ
   ベルを振幅係数として記憶したメモリで構成され、該メ
   モリは上記演算手段の演算出力によりアドレスされるよ
   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
   電子楽器。 ３ 前記周波数ナンバ発生手段は、前記周波数ナンバを
   対数化した対数周波数ナンバを発生するものであり、前
   記次数ナンバ発生手段は前記次数ナンバを対数化した対
   数次数ナンバを発生するものであり、前記演算手段は上
   記対数周波数ナンバと上記対数次数ナンバとを加算する
   とともにその加算結果を自然数に変換するものであり、
   前記振幅係数発生手段は所望のフオルマント特性に対応
   して各周波数に対する振幅レベルを振幅係数として記憶
   したメモリで構成され、該メモリは上記演算手段の演算
   出力によりアドレスされるようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電子楽器。