JPS6142695A - 楽音合成方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はミ周波数変調演算または振幅変調演算等の変
調演算を用いて楽音信号を合成する楽音合成方法に関し
、特に簡単な演算により比較的多数の周波数成分を制御
し得るようにしたことζこ関する。

〔従来の技術〕

従来、特公昭５４−３３５２５号、特公昭５４−７５７
０号、特公昭５８−２９５１９号に開示されているよう
に、可聴周波数領域の周波数変調演算または振幅変調演
算によって所望の倍音構成を持つ楽音信号を合成する技
術が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものにおいてはいずれも倍音
成分を十分に有する満足のゆく音色の楽音を合成するに
は単純な１項式ｐ変調演算では不十分であり、多重式あ
るいは多項式の複雑な変調演算を行わねばならなかった
。このため、演算回路の構成が複雑かつ大型化し、また
、時分割で各演算項の演算を行う方式にあっては制御ク
ロフクを高速化せざるを得なくなり、コスト高になる傾
向にあった。なお、比較的単純な演算によって倍音成分
を多く含む楽音を合成する方法として、上述の特公昭５
４−７５７０号に示されているように、予め多くの周波
数成分を有する波形を変調波または被変調波として用い
る方法が考えられているが、演算に使用できる波形は波
形メモリに記憶したものに限られるため、合成し得る音
色に限界があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、変調信号と被変調信号を用いた所定の変調
演算に基づき楽音信号を合成する方法において、変調波
味たは被変調波関数の発生のために用いる波形テーブル
に対する位相データをその特定位相区間において変更し
、この変更された位相データに基づいて上記波形テーブ
ルから発生された関数波形を変調演算に用いるようにし
たものである。

〔発明の作用〕

波形テーブルに対する位相データを特定位相区間におい
て変更することにより、波形テーブルから発生される関
数波形は特定位相区間においてその波形形状が変更され
、この関数波形自体が多数の高調波成分を含むものとな
る。従って、多項式等の複雑な変調演算を行うことなく
、多くの高調波成分を含む楽音信号を合成することがで
きる。

〔実施例〕

第１図は周波数変調（以下、Ｆ’Ｍと略記）演算型の楽
音合成方法番こおけるこの発明の一実施例を示すブロッ
ク図であり、大別して変調波関数発生部１０と被変調波
関数発生部２０および被変調波すなわち搬送波の位相変
調を行うための加算器６０を備えている。変調波関数発
生部１０では、変調波位相角データωｍｔに応じて正弦
波テーブル１１から正弦波形データｓｉｎωｍｔを読み
出し、これに変調指数データエ（りを乗算器１２で乗算
して変調波データとして出力する。加算器６０では、搬
送波位相角データωｐｔに対して乗算器１２から出力さ
れた変調波データエ（す・ｓｉｎωｍｔを加算し、搬送
波の位相変調を行う。

被変調波関数発生部２０は、加算器３０から出力された
位相変調済みの搬送波の位相角データθ（＝ωｃ　ｔ＋
　Ｉ（す・ｓｉｎωｍｔ）に従って所定の被変調波関数
を発生し、この被変調波関数に基づき楽音信号Ｇを出力
する。

この第１図の実施例では、この被変調波関数発生部２０
にこの発明が適用されている。

すなわち、被変調波関数発生部２０はシフト回路２１、
制御回路２２、正弦波テーブル２３、乗算器２４とから
構成され、加算器３０から入力される搬送波の位相角デ
ータθはシフト回路２１において上位ビット側または下
位ビット側へ所定ビット数だけシフトされる。この場合
のシフト方向およびシフト量は制御回路２２から出力さ
れる位相シフトデータＳＦＴによって指示され、しかも
位相シフトデータＳＦＴは位相角データθの１周期にお
ける特定位相区間でのみ出力される。さらに、位相シフ
トデータＳＦＴが出力される特定位相区間は音色選択信
号ＴＣに応じて変更される。

従って、上位ビット側へのシフト量を十ｊ、下位ビット
側へのシフト量を−ｊとすれば、位相角データθはその
１周期の特定位相区間ζこおいてに倍（但し、ｋ＝２１
ｊ）される。

特定位相区間かに倍された位相角データθ′は正弦波テ
ーブル２６に対してアドレス信号として入力される。正
弦波テーブル２３では位相角データθ′が入力されると
、この位相角データθ′ｌζ対応した正弦波位相の正弦
波形データｓｉｎθ′が読み出される。

説明を簡単にするために、位相角データθを第２図（ａ
）に示すように単純に増加するデータとした場合（θ＝
ωｃｔとした場合）、制御回路２２は位相角データθが
「０〜２π」まで変化する間に音色選択信号ＴＣに応じ
て例えば第２図Ｃｂ）に示すようにｊ＝ｏ、ｊ＝＋１の
位相シフトデータＳＦＴを出力する。これにより、シフ
ト回路２１からは第２図＜ｃ＞に示すようにπ〜２πま
での位相区間において元の位相角データθを２１倍した
位相角データθ′が出力されるものとなる。

この結果、正弦波テーブル２６からは第２図（ｄ）に示
すようにπ〜２πまでの位相区間において破線で示す１
７２周期の正弦波形データに代えて１周期の正弦波形デ
ータｓｉｎθ′が読み出される。

すなわち、元の位相角データθの一周期の間の特定位相
区間において、残りの位相区間とは異なる波形形状の正
弦波形データｓｉｎθ′が読み出される。このようにし
て正弦波形テーブル２３から読み出された正弦波形デー
タｓｉｎθ′は、乗算器２４に供給され、ここで振幅係
数データＡ　（ｔ）が乗算されることによって振幅の設
定制御が行われ、楽音信号Ｇとして出力される。

この楽音信号Ｇは、正弦波テーブル２３から読み出され
る正弦波形データｓｉｎθ′の波形形状が第２図（ｄ）
に示すように特定位相区間において変更されているため
、多数の高調波成分を含んだものとなり、第３図に示す
ように複雑な周波数スペクトルを示すものとなる。

従って、多項式の複雑な変調演算を行うことなく、簡単
な構成で多数の高調波成分を含む楽音信号を得ることが
できる。

ところで、この実施例において用いられる各パラメータ
ωｍｔ　、Ｉ（ｔ）、　　ωｃｔ　、ＴＣ、Ａ（りは、
第４図に示すような回路から与えられる。第４図におい
て、鍵盤回路４０は電子楽器の鍵盤で押圧された鍵を検
出し、押鍵データを出力する。位相データ発生回路４１
は、鍵盤回路４０から与えられる押鍵データに応じて押
圧鍵の音高に対応する周期で変化する変調波位相角デー
タωｍｔと搬送波位相角データωｃｔを発生する。

一方、エンベロープ発生器４２は、鍵盤回路４０から鍵
の抑圧時に発生されるキーオン信号ＫＯＮに応答して時
間的に順次変化する変調指数データエ（りおよび振幅係
数データＡ（りを発生する。これら位相データ発生回路
４１およびエンベロープ発生器４２には、音色選択回路
゛４３から音色選択信号ＴＣが与えられ、ωｃｔとωｍ
ｔの周波数比および工（す、Ａ（りの時間関数の波形形
状が選択音色に応じて制御される。

なお、第１図の実施例において、位相角データθの変更
は該位相角データθを上位ビット側または下位ビット側
へ所定ビット数だけシフトすることによって行っている
が、第５図に示すようにシフト回路に代えてビット禁止
回路２５を設けると共に、音色選択信号ＴＣに応じた特
定位相区間において上記ビット禁止回路２５に入力され
る位相角データθのうち例えば下位３ビツトのビットデ
ータの送出を禁止するための制御信号ＩＮＨを発生する
制御回路２６を設け、例えば位相角データθの１周期「
Ｏ〜２π」のうち「π〜２π」までの特定位相区間にの
み上記制御信号ＩＮＨを発生して「π〜２π」までの位
相区間においては位相角データθの下位３ビツトはＯ”
になるように変更してもよい。このようにした場合、正
弦波テーブル２３から読み出される正弦波形データｓｉ
ｎθ′は第６図に示すように「π〜２π」までの位相区
゛間において階段状に変化する波形形状となり、複雑な
波形形状の楽音信号Ｇを得ることができる。

なお、以上の説明では、被変調波関数発生部２０にこの
発明を適用した場合を示したが、これに代えて変調波関
数発生部１０にこの発明を適用するようにしてもよい。

すなわち、変調波関数発生部１０を第７図に示すように
構成し、変調波位相角データωｍｔをシフト回路１３に
おいて音色選択信号ＴＣに応じて制御回路１４から出力
される位相シフトデータ５ＦＴＪこ従って上位ビット側
または下位ビット側に所定ビット数だけシフトすること
により変更し、この変更された変調波位相角データωｍ
　ｔ　／を正弦波テーブル１１のアドレス信号として入
力するように構成する。この結果、多くの高調波成分を
含む変調波関数を発生させることができる。

この場合、シフト回路１６および制御回路１４は第５図
で示したような構成に置換してもよい。

また、変調波関数発生部１０と被変調波関数発生部２０
の両方共にこの発明を適用してもよい。

さらに、第１図において正弦波テーブル１１の出力波形
データを破線で示すように入力側にフィードバックし、
この出力波形データによって位相角データωｍｔを変調
すれば、さらに複雑な高調波成分を有する楽音信号Ｇを
得ることができる。

さらにまた、制御回路２２，２６．１４から発生する制
御信号ＳＦＴ、ＩＮＨは音色選択信号ＴＣだけでなく、
時間経過に従って変化するエンベロープ波形信号などに
応じてもその発生条件を変えるようにしてもよい。

第８図は振幅変調（以下、ＡＭと略記）演算型の楽音合
成方法におけるこの発明の実施例を示すブロック図であ
り、被変調波関数発生部５０にこの発明が適用されてい
る。すなわち、被変調波関数発生部５０はシフト回路５
１．制御回路５２゜正弦波テーブル５３とから構成され
、搬送波の位相角データωｃｔは、シフト回路５１にお
いて制御回路５２から音色選択信号ＴＣおよび位相角デ
ータωｃｔに応じて出力される位相シフトデータＳＦＴ
に従って上位ビット側または下位ビット側に所定ビット
数だけシフトされることにより変更される。そして、こ
の変更された位相角データωｃｔ’は正弦波テーブル５
３のアドレス信号として入力される。

これにより、位相角データωｃｔ’に応じた゛正弦波形
データｓｉｎωｃｔ’が正弦波テーブル５３から読み出
される。この場合、位相角データωｃ、ｔがその１周期
の特定位相区間において変更されて正弦波テーブル５６
のアドレス信号として入力されるため、正弦波テーブル
５６からは第２図（ｄ）に示したのと同様の複雑な波形
形状の被変調波関数が発生される。

一方、この被変調波関数を変調する変調波関数発生部６
０は、正弦波テーブル６１９乗算器６２および余弦波テ
ーブル６３を有しており、変調波位相角データωｍｔが
正弦波テーブル６１にアドレス信号として入力されると
、この正弦波テーブル６１から位相角データωｍｔに応
じた正弦波形データｓｉｎωｍｔが読み出される。この
正弦波形データｓｉｎωｍｔには乗算器６２で変調指数
データ■（りが乗算された後、余弦波テーブル６３にア
ドレス信号として供給される。これにより、余弦波テー
ブル６３から余弦波形データｃｏｓ（Ｉ（す・ｓ１ｎω
ｍｔ）が読み出される。この余弦波形データｃｏｓ（Ｉ
（す・ｓｉｎωｍｔ）は変調波関数として乗算器７０に
供給され、被変調波関数と乗算されることにより振幅変
調演算が行われる。この乗算器７０の出力は、乗算器８
０に供給され、振幅係数データＡ（りと乗算されること
によって振幅の設定制御がなされた後楽音信号Ｇとして
出力される。

従って、この実施例においても被変調波関数自体が多く
の高調波成分を既に含んでいるため、最終的に得られる
楽音信号Ｇも多くの高調波成分を含むものとなる。

なお、この実施例においても被変調波関数の変更を第５
図で示したのと同様な構成によって行うようにすれば、
さらに多くの高調波成分を含む楽音信号を発生させるこ
とができる。さらに、変調波関数発生部６０にのみこの
発明を適用してもよいし、被変調波関数発生部５０の両
方共にこの発明を適用してもよい。

ところで、この発明による被変調波関数または変調波関
数の波形変更機能と他の波形変更機能とを組合せ、第９
図に示すような被変調波関数または変調波関数発生用の
オペレータユニッｌ−０ＰＵを構成することにより、さ
らに複雑に変化する波形形状の楽音信号を発生させるこ
とができる。゛すなわち、位相角データＸをシフタ９０
に入力し、波形制御部９１から与えられる位相シフトデ
ータＡＳＦＴで指示されるシフト量だけ位相角データＸ
を上位ビット側または下位ビット側にシフトすることに
より、１周期かに倍（但し、ｋ＝２″ｊ、ｊはシフト量
であり、＋Ｊは上位ビット側へのシフトを示し、−ｊは
下位ビット側へのシフトを示す。この±ｊはデータＡＳ
ＦＴによって指示される）された位相角データｋｘを取
り出す。次に、正弦波形データを対数値１ｏｙｓｉｎｘ
で記憶した波形テーブル９２に対し、この位相角データ
ｋｘをアドレス信号として入力し、この波形テーブル９
２からＡＯＩＦｓｉｎｋｘの正弦波形データを読み出す
。

次に、この正弦波形データ１ｏｆｓｉｎｋｘをシフタ９
６に入力し、波形制御部９１から与えられる波形シフト
データＤＳＦＴで指示されるシフト量だけ上位ビット側
または下位ビット側にシフトすることにより、正弦波形
データＡｏｙｓｉΩｋｘを波形データｍ　−ｌａｙ　ｓ
ｉｎ　ｋｘに変更する。ここで、ｍはｍ＝２ｔｈｉであ
り、ｌは上位ビット側へのシフトを示し、−ｉは下位ビ
ット側へのシフトを示す。

この±ｉはデータＤＳＦＴによって指示される。

次に、この波形データｍ−ｆｌａｙ　ｓｉｎ　ｋｘを対
数リニア変換器９４に入力し、自然数の波形データ（ｓ
ｉｎｋｘ）ｍに変換する。すなわち、シフタ９６におけ
るシフト量±ｉを例えばｉ　＝　１とした場合（波形テ
ーブル９２の出力を上位ビット側または下位ビット側に
１ビツトシフトした場合）には、（ｓｉｎ　ｋ　ｘ　）
２またはｆ；Ｔの波形データが得られる。

次に、この波形データ（ｓｉｎ　ｋｘ　）ｒｎをセレク
タ９５を介してゲート９６に入力し、波形制御部９１か
ら与えられる制御信号ＩＮＨが′１”となる特定位相区
間だけ出力する。さらに、この特定位相区間の波形デー
タ（ｓｉｎ　ｋ　ｘ　）　　に波形制御部？１から与え
られる正、負の極性の符号データＳＤを付加して外部に
出力する。

ここで、位相シフトデータＡＳＦＴ、波形シフトデータ
ＤＳＦＴ、セレクタ９５のセレクト制御信号ＳＥＬ、制
御信号ＩＮＨおよび符号データＳＤは音色選択信号ＴＣ
に応じて異なるように制御される。そして、特定の選択
音色においてはシフタ９０から出力される位相角データ
ｋｘがセレクタ９５によって選択され、ゲート９６を介
して出力される。

従って、ＤＳＦＴで指示される波形シフト量±ｉを＋１
．ＡＳＦＴで指示される位相シフト量±ｊをＯ２制御信
号ＩＮＨが′０”となる位相区間をπ〜２π、セレクタ
９５を八人力選択状態（対数リニア変換器９５の出力を
選択出力する）にし、符合データＳＤをＯ〜πの位相区
間で正とした場合、第１０図（ａ）に示すように５Ｌｌ
ｌ　Ｘ　　の波形データがＯ〜πの位相区間の間のみ得
られる。

また、波形制御部９１から出力するデータＡｓＦＴ等を
次の第１表に示すように設定することにより、第１０図
（ｂ）に示すような波形形状の波形データが得られる。

第１表 さらに、波形制御部９１から出力するデータＡＳＦＴ等
を次の第２表〜第５表に示すように設定することにより
、第１０図（Ｃ）〜第１０図（ｆ）に示すような波形形
状の波形データが得られる。

第２表 第３２表 第４表 第５表 従って、このようなオペレータユニットＯＰＵを用いて
被変調波関数または変調波関数を発生することにより、
さらに複雑な波形形状の変調波関数や被変調波関数、さ
らには楽音信号を発生することができる。この場合、オ
ペレータユニットＯＰＵに入力する位相角データＸを変
更するのみで、被変調波関数または変調波関数を選択的
に発生できるため、被変調波関数および変調波関数を共
通の回路で容易に発生させることができ、コストの低減
化を図れるという利点がある。

なお、この発明は１項から成るＦＭ、ＡＭ変調演算に限
らず、多項または多重あるいは巡回型のＦＭ、ＡＭ変調
演算式を用いた楽音合成方法においても適宜の箇所で適
用できるのはもちろんである。

また、変調波関数および被変調波関数の発生のためにそ
れぞれ専用の波形テーブルを用いてもよいが、１つの波
形テーブルを時分割使用して各関数を発生させるように
してもよい。また、波形テーブルには正弦波に限らず、
余弦波、三角波、矩形波、その他複雑な波形の波形デー
タを記憶させるようにしてもよい。さらに、変調演算は
ディジタル演算に限らず、アナログ演算で行うようにし
てもよい。

また、制御回路２２，２６，１４．５２から発生する制
御信号ＳＦＴ、ＩＮＨの発生条件を楽音発生時からの時
間経過に伴って順次変化させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、波形
テーブルに対する位相データを特定の位相区間において
変更することにより、波形テーブルに予め準備した変調
波または被変調波の波形を極めて簡単な構成によってよ
り多くの高調波成分を含む波形に変更し、これを用いて
変調演算を行うようにしたため、より多くの高調波成分
を含む楽音信号を簡単な変調演算式で合成することがで
きる。これにより、回路の小型化と低コスト化が図れる
うえ、多様な音色の楽音信号を簡単な制御によって合成
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦＭ演算型の楽音合成方法におけるこの発明の
一実施例を示すブロック図、第？図は第１図の各部出力
波形の一例を示す図、第３図は第１図の実施例において
得られる楽音信号の）＠反数スペクトルの一例を示す図
、第４図は第１図で用いる各種演算パラメータを発生す
る回路の一例を示すブロック図、第５図は第１図の実施
例において位相データを変更する部分の他の例を示すブ
ロック図、第６図は第５図の回路の動作を説明するため
の波形図、第７図は変調波関数発生部にこの発明を適用
した一実施例を示すブロック図、第８図はＡＭ演算型の
楽音合成方法におけるこの発明の一実施例を示すブロッ
ク図、第９図はこの発明による被変調波関数または変調
波関数の波形変更機能と他の波形変更機能とを組み合せ
て被変調波関数または変調波関数を発生するために用い
られるオペレータユニットの一実施例を示すブロック図
、第１０図は第９図のオペレータユニットから得られる
関数波形の形状の一例を示す図である。 １０．６０・・・変調波関数発生部、２０．５０・・・
被変調波関数発生部、１１．２３，５３．６１・・・正
弦波テーブル、２２，２６，５２・・・制御回路、１３
．２１．５１・・・シフト回路、２５・・・ビット禁止
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変調信号と被変調信号を用いた所定の変調演算に基
   づき楽音信号を合成する楽音合成方法において、 変調波または被変調波関数の発生のために用いる波形テ
   ーブルに対する位相データをその特定位相区間において
   変更すること、 この変更された位相データに基づいて上記波形テーブル
   から発生された関数波形を上記変調演算に用いること、 を特徴とする楽音合成方法。 ２、前記変調演算は、所定の周波数変調演算式に従うも
   のである特許請求の範囲第１項記載の楽音合成方法。 ３、前記変調演算は、所定の振幅変調演算式に従うもの
   である特許請求の範囲第１項記載の楽音合成方法。 ４、前記位相データの変更は、該位相データを構成する
   複数ビットのビットデータのうち所定のビットデータを
   前記特定位相区間において禁止することにより行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項記載のいず
   れかの楽音合成方法。 ５、前記位相データの変更は、該位相データを上位ビッ
   ト側または下位ビット側へ前記特定位相区間において所
   定ビット数だけシフトすることにより行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第３項記載のいずれかの楽
   音合成方法。 ６、前記特定位相区間は、合成すべき楽音信号の音色に
   対応して設定することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第５項記載のいずれかの楽音合成方法。