JPS607800B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、基本波（基音）およびその高調波成分（倍
音）を発生させ、この基本波および高調波成分をそれぞ
れ対応する振幅係数によって重み付けした後それらを合
成することによっ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、特に上記振幅係数を時間的に変化
させることによって、自然性のある豊かな楽音が得られ
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ｍ式にもとずし、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。

（ｑ＝１，２，………）ここで１、 Ｘｏ（ｑＲ）・・・・・・楽音波形の順次サンプル点に
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 ・・・・・・各次数の高調波成分に対する振
幅係数（フーリエ係数）。

Ｎ …・・・楽音波形の順次サンプル点の数Ｗ
・・・・・・順次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ィツチ回
路であって、鍵盤部の各鍵に対応したキースィッチを有
し、ある鍵が押鍵されると対応するキースィツチが動作
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。このキースィッチ回路１には単音優先
回路が内蔵されており、同時に２個以上のキースィッチ
が動作した場合〜優先順位の高いキースィッチに対応す
る出力線にのみ“１”信号が出力されるようになってい
る。キースィッチ回路１の各キースィッチに対応する出
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ィツチ回路１の出力に
よっ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広を出
力しておおり、このクロツクパルスにはカウンタ４にお
いてＷ分周されて計算区間タイミング信号はとなる。

この場合、「Ｗ」は合成しようとする高調波の総数であ
って、例えば第１６高調波まで合成する場合は「Ｗ＝１
６」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ｔｘ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は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ｔｘが発生する毎）に該周波数ナンバ
Ｒを累算してＩＲ，２Ｒ．３Ｒ・・・・・・と増加する
累算値ｑＲを出力する。そして、加算器６は累算値ｑＲ
が該加算器６のモジュロ（法）Ｎを超えるとオーバーフ
ローして、以後は計算区間タイミング信号戊が発生され
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〇の発生毎に変化する累算値ｑＲは
、クロックパルスｔｃによっ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Ｖ給される。この場
合、クロツクパルスには計算区間タイミング信号はの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
戊の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はクロックパルス広の発生
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ｎｑＲを出力する。そして、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戊によっ
てリセットされ以後同様な動作を行なう。従って、この
高調波区間加算器８は、計算区間タイミング信号広の１
周期の間にクロックパルスににしたがって順次増加する
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ー川こアドレス信号
として供給され、該メモリー０から正弦振幅値Ｓｉｎ打
′Ｗ町Ｒを読み出す。上記の説明から明らかなように、
音程区間加算器６の累算値ｎｑＲは、楽音波形振幅の計
算すべき順次サンプル点を示し、また高調波区間加算器
８の累算値ｎｑＲは現在計算中の順次サンプル点ｑＲに
おけるｎ次高調波の位相を表わすことになる。この結果
、正弦関数メモリ１０からは当該サンプル点ｑＲにおけ
る各高調波（基本波を含む）の正弦振幅値Ｓｉｎ打／Ｗ
ｎｑＲ（ｎ＝１，２・・・・・・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順次サンプ
ル点は計算区間タイミング信号はの発生毎に順次移行し
ていくものであるが、次にどの順次サンプル点に移行す
べきかは周波数ナンバＲによっ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
。したがって、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（Ｓｉｎｍ′ＷｎｑＲ
）が順次時分割的に発生される。一方、メモリアドレス
制御装置１１モジュロ（法）のカウンタによって構成さ
れており、カゥンタ４に同期してクロツクパルス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１
２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
の振幅値にに対応した高調波振幅係数Ｃｎ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
ロツクパルス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Ｃ
ｎ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Ｓｉｎ
ｍ′ＷｎｑＲと各高調波別に設定された高調波振幅係数
Ｃｎとを秦算してその乗算値Ｆｎ＝ＣｎＳｉｎｍ／Ｗｎ
ｑＲ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‘ま高調波区間加算器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Ｓｉｎｍ／ＷｎｑＲに
乗算され、これによって各高調波別の振幅値Ｆｎの設定
が行なわれる。累積器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はが発生されると、ゲー
ト１５が開いて累算器１４の累算値（楽音波形のある順
次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がリセツト
されて次の順次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う。従って、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Ｃｎ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ｔｘ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１７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ェンベローブの付与は
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ィツチ回路１から出力されるキー
オン信号ＫＯＭこよって動作を開始するェンベロープ波
形発生器が設けられており、このェンベロープ波形発生
器から出力されるェ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、サスティン、ディケィ等の振
幅ェ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４８一９０２１７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。Ｂ 従釆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
、楽音の発生時から終了時まで押下鍵の音高に対応した
周波数で、かつ高調波係数メモリに記憶した高調波振幅
係数Ｃｎによって設定される音色の楽音波形に音量ェン
ベロープを付与して楽音を発生している。

従って、この楽音はヱンべロープ制御によってその振幅
が変化するのみで、その波形形状は楽音の発生時から終
了時に至るまで同一のものの繰り返しとなり、この結果
、発生楽音の音色は常に同じで変化しないものとなる。
ところが、一般に自然楽器の発生音は、発音開始時から
終了時に至るまでの間に於いて、その昔色（波形形状）
が微妙に変化しており、これによって自然性のある豊か
な青となつている。したがって、上述した従来の高調波
合成の電子楽器では、発生楽音に自然楽器のような豊か
さがなく、極めて単調な演奏音となってしまう欠点を有
している。

Ｃ この発明の特徴 この発明は、上述した従来の高調波合成方式の電子楽器
の欠点に鑑みなされたもので、簡単な構成によって、基
本波成分およびその高調波成分の振幅を設定する振幅係
数をそれぞれ時間的に変化させながら、しかも各高調波
成分に対する振幅係数を関連性をもたせて変化させるこ
とにより、自然性のある豊かな楽音が得られるようにし
た電子，楽器を提供することを目的とする。

このため、この発明では、基本波成分の振幅係数として
第１の関数波形を発生し、またこれと異なる態様で時間
変化する第２の関数波形を発生し、高調波成分に対応す
る定数とこの第２の関数波形とを演算することにより高
調波成分に対する振幅係数とするようにしたものである
。

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 実施例の説明 ‘１’ 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
ック図であって、第１図と同一部分は同一記号を用いて
いる。

同図において、１８ａは基本波に対して設けられた基本
波用の関数波形発生器であり、この関数波形発生器１８
ａから出力される関数波形値ＥＶ，（ｔ）（振幅値が時
間的に変化する）はパラメータ設定器２５ａによってそ
の波形形状、発生速度等が可変設定される。１８ｂは基
本波を除く高調波成分に対応して設けられた高調波用の
関数発生器であり、このこの関数発生器１８ｂから出力
される関数波形値ＥＶｍ（ｔ）（振幅値が時間的に変化
する）はパラメータ設定器２５ｂによって波形形状、発
生速度等が可変設定される。

なお、後述するように関数波形発生器１８ａから発生さ
れる関数波形値ＥＶ，（ｔ）は基本波に対する振幅係数
となり、また関数波形発生器１８ｂから発生される関数
波形値ＥＶ，（ｔ）に基づき基本波を除く高調波に対す
る振幅係数が形成される。そして、これらの関数発生器
１８ａおよび１８ｂ内部のメモリには所望の関数波形に
基づき順次異なった値のディジタル値（またはアナログ
値）が記憶されている。この場合、高調波用の関数波形
発生器１８ｂには負の振幅値をもつ関数波形振幅値ＥＶ
，（ｔ）が得られように負のディジタル値（またはアナ
ログ値）が記憶されている。２２は高調波用の関数波形
発生器１８ｂから出力される関数波形値ＥＶ，（ｔ）に
各高調波毎に異なる定数Ｄｎを乗算器２３によって素算
して各高調波に対する関数波形値ＥＶ，（ｔ）×Ｄｎを
得るための定数Ｄｎが記憶されている定数メモリであり
、この定数メモリ２２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広をカウントしてその出力
に各高調波成分の次数に対応したイネープル信号ｎ，〜
ｎ，６を送出するカウンター９からのイネーブル信号ｎ
２〜ｎ・６によってアドレスされる。

（この例においては、合成しようとする高調波の総数は
基本波を含めて第１８次までとしている。）２４は関数
波形発生器１８ａから出力される関数波形値ＥＶ，（ｔ
）および乗算器２３から出力される関数波形値ＥＶ，（
ｔ）・Ｄｎを入力し、そのいずれかを選択して出力する
セレクタであり、カウンタ１９からのィネーブル信号ｎ
，が選択制御信号として供給されており、ィネーブル信
号ｎ，が発生されたときにはそのＡ入力である関数波形
値ＥＶ，（ｔ）を選択して出力し、ィネ−ブル信号ｎ，
が発生されていないときはＢ入力である関数波形値ＥＶ
，（ｔ）・Ｄｎを選択して出力する。

２川まキースィッチ回路１のキーオン信号ＫＯＮを入力
してその立上りに同期した幅の狭いパルスを出力するワ
ンショツト回路であり、このワンショット回路舞蟹の力
パルスによって基本波用および高論波用の関数波形発生
器１８ａ，１８ｂが動作を開始する。

なお、この関数波形発生器も８ａ，１８ｂは、例えば公
知の特開昭５２−１０２７１び号公報に「電子楽器用関
数波形発生器」として記載されているが、各種関数波形
を現在値を目標値に漸近させるという方法で演算回路を
絹合せたものを用いることができるる。

この場合、パラメータ設定器２５ａ，２５ｂは目標値等
を設定することになる。また、第３図に示すようなもの
を使用することもできる。

第３図において、２６は押鍵時にワンショツト回路２０
から発生される幅の狭いパルスの立上りでリセットされ
、それ以降アンド回路２７を介して与えられる低周波数
のパルス発振器２８の出力パルスをカウントし、そのカ
ウント値が一定値オール“１”に達するまでカウント動
作を行なってカウント信号ＣＰ，〜ＣＰＮを出力する例
えばＮビットのカウンタ、２９はカウント信号ＣＦ，〜
ＣＰＮに基づいてカウンタ２６のカウント値が一定値に
達した時成立するアンド回路であり、このアンド回路２
９の出力はインバータ３０‘こよって反転されて前記ア
ンド回路２７の禁止入力となる。したがって、カウンタ
２６のカウント値が一定値に達すると、ァンド回路２７
は不成立となってカウンタ２６への低周波パルスの供給
を停止し、これに伴ってカウン夕２６のカウント動作も
停止する。１‘ま所望の関数波形に基づいて順次異なっ
た値の関数波形値が各アドレスにディジタル値（または
アナログ値）で記憶されているメモリであって、カウン
タ２６から出力されるカウント信号ＣＰ，〜ＣＰＮによ
って順次アドレスされて記憶内容が読み出され、各アド
レスの読み出し出力（複数ビット）はカウンタ２６の動
作と関連した時間関数が付与された関数波形値ＥＶ，（
ｔ）として送出される。

したがって、押鍵操作によってワンショット回路２０か
ら幅の狭いパルスが関数発生器１８ａ（１８ｂ）に与え
られると、カウンタ２６がパルス発生器２８から出力さ
れる低周波パルスによってカウント動作を開始し、この
カウンタ２６のカウント信号ＣＰ，〜ＣＰＮによってメ
モリ３１に記憶された関数波形値ＥＶ，（ｔ）が読み出
され、この読み出し出力ＥＶ，（ｔ）は第１高調波（基
本波）に対応した関数波形値として出力される。■ 動
作説明 このように横成れた電子楽器において、鍵盤部のある鍵
が押鍵されると対応するキースィッチが動作してキース
ィッチ回路１の対応する出力線‘‘１”信号が出力され
る。

この場合、キースィツチ回路１には単音優先回路が内蔵
されているため、複数の押鍵が同時になされても優先度
の高い出力線にのみ“１”信号が出力される。このキー
スイツチ回路１の出力信号は、周波数ナンバメモリ２を
ァ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「計算区間
タイミング信号広によって開となるゲート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広の発生
毎に供給される周波数ナンバＲを順次加算し、累算値ｑ
Ｒを出力する。累算値ｑＲは、クロックパルスに‘こよ
って開となるゲート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１周期内においてクロックパル
スｔＣのタイミングでｌｑＲ，幻Ｒ，筑Ｒ…・・・と順
次加算し、各高調波（基本波を含む）の当該サンプル点
（ｑＲ）における正弦振幅値の位相を指定する累算値旭
Ｒを発生する。

累算値ｎｑＲは、メモリ・アンドレス・デコーダ９にお
いてデコードされた後、正弦関数メモリー０をアドレス
して各高調波の正弦振幅値Ｓｉｎ竹／ＷｎｑＲ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
信号はの発生毎に、押下鍵音高に対応した楽音波形の順
次サンプル点に対応して同様に行なわれる。一方関数波
形発生器１８ａ，１８ｂは、ワンショツト回路２０から
出力される押鍵時のキーオン信号ＫＯＮの立上りに同期
した幅の狭いパルスによって動作が開始され、ィネーブ
ル信号ｎ，によってセレクタ２４がセレクトＡになると
基本波用の関数波形発生器１８ａから出力される関数波
形値ＥＶ，（ｔ）がこのセレクタ２４を介して基本波（
第１高調波）の正弦振幅器Ｓｉｎｍ／Ｗ１・ｑＲに乗算
すべき振幅係数Ｃ，（ｔ）として出力される。

したがって、高調波振幅乗算器１３においては、基本波
の正弦振幅値Ｓｉｎ汀／Ｗ１・ｑＲとこれに対応する振
幅係数Ｃ，（ｔ）＝ＥＶ，（ｔ）とが乗算され、その乗
算値Ｆｎ′が順次サンプル点における各高調波成分の累
算動作を行う累算器１４に与えられる。次に、イネーブ
ル信号山が出力されてセレクタ２４がセレクトＢになる
と、高調波用の関数波形発生器１８ｂから出力される関
数波形．ＥＶｍ（ｔ）とィネーブル信号ｎ２によってア
ドレスされて定数メモリ２２から読み出された定数Ｄ２
との乗算値すなわち乗算器２３の出力ＥＶｍ（ｔ）・Ｄ
２がこのセレクタ２４を介して第２高調波の正弦振幅値
Ｓｉｎ打／Ｗ２・ｑＲに乗算すべき振幅係数Ｃ２（ｔ）
＝ＥＶｍ（ｔ）・Ｄ２として出力される。

このような動作が第３高調波、第４高調波・・・…第１
６高調波についても同機に行われ、各高調波に対する振
幅係数Ｃｎ（ｔ）として高調波振幅乗算器１３に出力さ
れる。

このように構成された電子楽器においては、関数発生器
１８ａおよび１８ｂにおける基本波とその高調波に対す
る振幅係数Ｃｎｔを独立に設定でき、また関数発生器１
８ａおよび１８ｂから出力される関数波形およびその動
作速度をパラメータ設定器２５ａおよび２５ｂで独立し
て自由に設定できるため、基本波の特徴を最大限に生か
しながら高調波を合成できる。

さらに基本波を除く各高調波に対する振幅係数Ｃ２ｔ〜
ＣＣ，６上は、関数発生器１８ｂから発生される関数波
形に各高調波毎の定数Ｄｎを乗じて形成されるために各
高調波相互間で関連性をもったものとなる。したがって
、基本波の特徴を最大限に生かしながらしかも時間経過
とともに音色が経時的に変化する自然楽器に近似した自
然性のある豊かな楽音を得ることができる。Ｇ この発
明による効果 以上説明したように、この発明による電子楽器は、基本
波用の関数発生器のほかに高調波用の関数発生器は共通
に１個設けただけであるので構成が簡単でありコストが
低減できる。

また、各関数発生器から出力される基本波用および高調
波用の各関数波形およびその動作速度を独立して自由に
設定することが可能となるため、基本波の特徴を最大限
に生かしながら高調波を合成できる。

さらに各高調波に対する振幅係数は高調波用の関数波形
と各高調波毎の定数Ｄｎとを演算して形成されるため、
各高調波相互間で関連性をもったものとなる。したがっ
て、基本波の特徴を最大限に生かしながら、しかも時間
経過とともに音色が経時的に変化する自然楽器に近似し
た目然一性のある豊かな楽音を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高調波合成方式による従来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図はこの発明に使用する
関数発生器の一例を示すブロック図である。 １・・・・・・キースィツチ回路、２・・…・周波数ナ
ンバメモリ、３・・・・・・クロツク発振器、４，１９
，２６……カウンタ、５，７，１５，３２……ゲート、
６……音程区間加算器、８・・・・・・高調波区間加算
器、９……メモリ・アドレス・デコーダ、１０…・・・
正弦関数メモリ、１３・・・・・・高調波振幅乗算器、
１４・・・・・・累算器、１６・…・・Ｄ−Ａ変換器、
１７・・・．・・サウンドシステム、１８ａ，１８ｂ・
・…・関数発生器、２０…・・・ワンショット回路、２
２…・・・定数メモリ、２３・・・・・・乗算器、２４
・…・・セレクタ、２５ａ，２５ｂ・・・…パラメータ
設定器。 第３図 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 楽音を構成する基本波成分およびその複数の高調波
   成分を発生させ、これらの各成分の振幅をそれぞれ対応
   する振幅係数によって重み付けした後それらを加算合成
   することによって楽音を形成する高調波合成方式の電子
   楽器において、上記基本波成分に対応して設けられ時間
   変化する第１の関数波形を上記基本波成分に対する振幅
   係数として発生する第１の関数波形発生手段と、上記複
   数の高調波成分に対応して設けられ上記第１の関数波形
   とは異なる態様で時間変化する第２の関数波形を発生す
   る第２の関数波形発生手段と、上記各高調波成分それぞ
   れに対応して所定の定数を発生する定数発生手段と、上
   記各高調波成分に対応する定数と上記第２の関数波形と
   をそれぞれ演算して上記各高調波成分に対する振幅係数
   を出力する演算手段とを具えた電子楽器。