JPS6364800B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は楽音波形の発生に関するものであり、
特に複音シンセサイザにおいて波形を発生するた
めの改良装置に関する。

米国特許第4085644号（特願昭51−93519）に
は、主データセツトが計算されて主レジスタに記
憶され、そこから複数の楽音発生器の音調レジス
タへ転送される複音シンセサイザが記述されてい
る。主データセツトは、発生する楽音のオーデイ
オ波形の１／２サイクルに沿つて等間隔に置かれ
た点の振幅を規定する。各楽音発生器は主データ
セツト中の語を受けとり、複音シンセサイザが発
生するそれぞれの楽音の基本ピツチにより決定さ
れる速度でそれらの語をＤ−Ａ変換器へ印加す
る。

上記特許に記述されている複音シンセサイザの
特徴の１つは、主レジスタ中の主データセツトか
らそれぞれの楽音発生器の個々の音調レジスタへ
の連続する語の転送が、音調レジスタからそれぞ
れの楽音発生器のＤ−Ａ変換器への語の転送と同
期していることである。この特徴により、波形を
規定する主データセツトは、楽音発生器がそれぞ
れの楽音を発生するのを妨げることなく、再計算
されてそれぞれの楽音発生器にロードされ、従つ
て生じる楽音を妨げることなしに楽音波形を経時
的に変化させることができる。

波形を時間の関数として変化させ得る速度は、
その間に主データセツトが発生する計算サイクル
に要する時間の長さと、データを主レジスタから
各楽音発生器の音調レジスタへ転送するのに要す
る時間の長さによつて制約される。データ転送に
要する時間を短縮する方法は、“デジタル複音シ
ンセサイザ用データ転送装置”と題する1979年２
月９日付係属中の米国出願第011056号に記述され
ている。

計算サイクルに要する時間を短縮する明白な方
法は、システム論理のためにタイミング信号を出
す論理主クロツクの周波数を増やすという簡単な
方法である。主クロツクのスピード、又は周波数
には実際上、ならびに経済的な制約が課せられて
いる。複音シンセサイザを大規模集積超小形電子
技術を用いて実施する場合には、現在の技術の状
態によつて主クロツクは約２〜3Mhzに限定され
る。超小形電子技術の費用は速さの限界範囲の上
限では急上昇するので、主クロツクの速さを増さ
ずに計算サイクル時間を短縮することが望まし
い。

計算時間の短縮方法は、“複音シンセサイザに
おける奇偶対称計算”と題する1979年４月９日付
係属中の米国出願第028038号に記述されている。
計算時間は、主データセツトの点の数を減らして
その減らした数を計算することによつて短縮され
る。これらの点の数は16であり、これは32の高調
波によつて特徴づけられる楽音発生に要する点の
数64からみると１／４に減少したことになる。主
データセツトの大きさは、主データセツトを２つ
の構成要素サブセツト（subset）に分割すること
によつて縮小される。第１の構成要素
（component）は奇数の高調波係数だけを用いて
発生させ、第２の構成要素は偶数の高調波係数だ
けを用いて発生させる。これらの構成要素主デー
タセツトは２つのメモリに記憶される。転送サイ
クルの間に、所望の全サイクル波形は、２つのメ
モリに記憶されたデータを順方向および逆方向へ
アドレスすることによつてつくられる。アドレス
されたデータは特定の方法で補数化され加算され
るので、所望の全サイクル波形は、音調レジスタ
によつて必要とされる64のデータ点を用いる代り
に全部で16の主データセツト点からつくられる。
この方法を用いると、計算サイクルの期間中に主
データセツトをつくるのに要する時間は、名目上
（nominal）の64のデータ点の代りに僅か16のデ
ータ点だけを発生させることにより１／４に短縮
される。

米国特許第4085644号（特開昭52−27621）に記
述されている型の複音シンセサイザにおいては、
計算サイクルとデータ転送サイクルとが反復し
て、しかもそれぞれ独立して実施されてデータを
提供し、そのデータが波形に転換される。計算サ
イクルの間には、予め選択された楽音を特徴づけ
る１セツトの記憶された高調波係数を用いて離散
的フーリエ算法を実施することによつて主データ
セツトがつくられる。計算はどの楽音周波数とも
非同期の高速で行われる。フーリエ算法に必要な
高調波係数と直交関数はデジタルの形で記憶さ
れ、計算はデジタル的に行われることが望まし
い。計算サイクルの終りには、主データセツトは
主レジスタに記憶される。

計算サイクルに続いて転送サイクルが始まり、
この転送サイクルの間に主データセツトは複数の
音調レジスタのうちで予め選択されているレジス
タへ転送される。計算サイクルと転送サイクルの
期間中楽音の発生は途切れることなく継続する。

本発明は主データセツトを発生させるための改
良された配置を指向する。本発明によると、計算
サイクルの持続時間は、主データセツトの計算に
用いられる予め選ばれた１組の高調波係数に適応
する。この方法によれば、32の全高調波能力を用
いる楽音に比べて僅か数個の高調波だけを用いて
つくり出される楽音に対する計算時間は短かくて
すむことになる。

本発明を応用すると、計算サイクル素子の１種
類の設計をいろいろな種類の、又はいろいろな価
格の電子楽器の作成に利用することができる。例
えば、この種のもののうちで最高の型は、楽音波
形を32の高調波に合成できる楽器であろう。１つ
の波形を32の高調波に合成すると、ほとんどすべ
ての所望する音楽効果に対してきわめてすぐれた
楽音能力（tonal copability）が得られる。楽音
の高調波数を減らすと楽器の価格を下げることが
できる。

ここに参考のため述べてある米国特許第
4085644号（特開昭52−27621）に詳細に記述され
ている複音シンセサイザの変更態様として第１図
および第２図の実施例が示されており、記述され
ている。図面に使用してあるすべての２桁参照数
字は、上記特許の開示のなかで同様に番号をつけ
た素子に対応する。

上記特許に記述したように、複音シンセサイザ
は楽器鍵盤を具えており、この鍵盤は例えば電子
オルガンのような電子楽器の従来の鍵盤に相当す
る。楽器鍵盤上の１個又は２個以上の鍵が押され
ると、音調検出の割当回路１４は作動した鍵の情
報を記憶し、12個の別々の楽音発生器のうちの１
個に作動した各楽音を割当てる。音調検出・割当
回路は、ここに参考のため述べてある米国特許第
4022098号（特開昭52−44626）に記述されてい
る。１個又はそれ以上の鍵が押されると、実行制
御回路１６が計算サイクルを開始し、この計算サ
イクルの間に32語からなる主データセツトが計算
され、主レジスタ３４に記憶される。この32語
は、楽音発生器が発生させる楽音のオーデイオ波
形１／２サイクルに対する32の等間隔点の振幅に
対応する値をもつて発生する。複音シンセサイザ
が主データセツトを規定する波形を発生させる方
法は、米国特許第4085644号に詳しく記述されて
いる。

計算サイクルが完了すると、実行制御回路１６
は転送サイクルを開始し、この転送サイクルの間
に、主レジスタ３４に記憶された主データセツト
は割当てられた楽音発生器の音調レジスタ３５へ
転送される。音調レジスタ３５は、発生するオー
デイオ楽音の完全な１サイクルに対応する64語を
記憶する。米国特許第4085644号（特願昭51−
93519）に述べられているように、主レジスタ３
４内にある主データセツトの32語は、それから主
データセツトが発生するフーリエ級数を使用する
ことによつて、転送サイクルの間に音調レジスタ
３５中の64語に拡大される。偶数対称を用いた場
合、即ちフーリエ算法においてすべての余弦波関
数を用いた場合には、音調レジスタ中の第２の
１／２サイクルを規定する追加の32語をうるため
に、主データセツトの32のデータ点の順序を逆に
するだけでよい。奇数対称を用いた場合、即ちフ
ーリエ算法においてすべての正弦波関数を用いた
場合には、第２群の32点の順序を逆にし、データ
の代数符号を２進数による２の補数化などの演算
によつて変更しなければならない。

所望するオーデイオ波形の完全な１サイクルを
規定する64のデータ点が音調レジスタ３５に記憶
されると、そのデータ点は順次音調レジスタ３５
から読出されてＤ−Ａ変換器４７へ印加され、Ｄ
−Ａ変換器は入力デジタルデータを所望するオー
デイオ波形のアナログ電圧へ変換し、この電圧が
音響システム１１へ印加される。データ点は、各
楽音発生器の関連した音調クロツク３７によつて
制御されるクロツク速度で音調レジスタから転送
される。音調クロツクは、鍵盤上で押された楽音
の基本周波数にその周波数がセツトされている電
圧制御発振器である。従つて、64のデータ点のす
べては、選択された楽音のピツチ又は基本周波数
における１周期に対応する時間の間にＤ−Ａ変換
器へ転送される。

音調クロツク３７に用いる電圧制御発振器を実
施するにはいろいろな方法がある。その１つの実
施例は、ここに参考のため述べてある米国特許第
4067254号に詳しく記述されている。

主データセツト中のデータ点の数は、発生した
楽音構造に対して所望される高調波の最大数の関
数である。原則的には、高調波の最大数は、オー
デイオ波形の完全な１サイクルを規定するデータ
点の数の１／２に等しい。従つて、この好ましい
実施例は、最大32の高調波をもつ楽音を発生させ
ることができる64のデータ点を使用している。

上記米国特許第4085644号に更に記述されてい
るように、鍵盤上の関連した鍵が押されている間
は、主レジスタ３４中の主データが連続的に再計
算され、このデータを音調レジスタ３５に再びロ
ードできることが望ましい。このことは、音調ク
ロツク速度でのデータ点のＤ−Ａ変換器への流れ
を中断することなく行われる。

本発明は、楽器の楽音スイツチによつてこの計
算を選択した高調波係数値へ適応するための配置
を指向する。楽音スイツチは、送風式（wind
blown）パイプオルガンから借用した用語を使つ
てストツプと呼ばれることもある。

上記に参照した米国特許第4085644号に記述し
たように、主データセツトは下記の関係により計
算することができる： Z_N＝_M 〓^q=1 cq sin（πNg／Ｍ）（方程式１） 但し、Ｎ＝１、２、…、2wは主データセツト
語の指数、ｑ＝１、２、…、Ｍは高調波ナンバ
ー、Ｍ＝ｗは主データセツトの発生に用いられる
高調波数、cqは所望の出力音質に対して予め選
ばれた高調波係数である。方程式１に示す総和の
各項は高調波成分と呼ばれる。

適応計算方式の特徴は第１図に示してある。主
データセツトがその間に計算される計算期間の初
めに、語カウンタ１９と高調波カウンタ２０はい
づれも下記に述べる方法により実行制御回路によ
つて０値に初期設定される。

１組の高調波係数の選択は、楽音スイツチ５６
および５７のセツテイングによつて制御される。
これらのスイツチは、メモリアドレスデコーダ２
５によつてアドレスされる高調波係数が高調波係
数メモリ２６に記憶されるものか、又は高調波係
数メモリ２７に記憶されるものかを決定する。

ゼロ検出回路１０１内の回路は、係数が乗算器
２８へ転送される前に、選択された高調波係数メ
モリからアクセスされた各高調波係数を検査す
る。もし現在の高調波係数が０値をもつことが検
出されると、ゼロ検出回路１０１はアドバンス信
号を出す。

このアドバンス信号は、実行制御回路が出すリ
セツト信号とオアゲート１０４で結合される。オ
アゲート１０４の出力は、もしこの出力が“１”
論理状態にあると語カウンタ１９をリセツトす
る。

語カウンタ１９がリセツトされる度毎に、語カ
ウンタはインクリメント信号を出す。このインク
リメント信号は、高調波カウンタ２０の状態を増
加させるのに用いられる。従つて、０値の高調波
係数が検出されたためにアドバンス信号がゼロ検
出回路１０１によつて出される度毎に、語カウン
タはその最初の状態にリセツトされ、高調波カウ
ンタは１カウントだけ増加する。この動作は、計
算サイクルにおける乗算と加算の64回の計算時間
を省く。この省かれた64のステツプは全く必要な
い。というのは、最終的な結果は、主レジスタ３
４に記憶された以前の部分的データ合計に０値を
加えることになるからである。

高調波カウンタ２０は32の最大数に達すると、
初期値に自らリセツトする。これはこのカウンタ
がモジユロ３２を計数するように作られているか
らである。

高調波カウンタが自らリセツトすると、モジユ
ロリセツト信号が発生し、この信号が実行制御回
路１６へ転送されて、計算サイクルが完了したこ
とを示す。

第３図は、ゼロ検出システムブロツク１０１に
含まれている論理回路を示す。入力高調波係数cj
は、６つの２進ビツトcj１〜cj６からなつてい
る。ゼロ検出論理に対して参照信号Ｒの６ビツト
はすべてゼロの値を示す。ビツトごとの比較は１
組のエクス・ノアゲート（EX−NOR）１１０Ａ
〜１１０Ｆおよび１組のアンドゲート１１１Ａ〜
１１１Ｃによつて行われる。cjのすべてのビツト
がゼロであれば、アンドゲート１１１Ｃの出力で
アドバンス信号が発生する。高調波係数cjは１組
のアンドゲート１１３Ａ〜１１３Ｆへも印加され
る。アドバンス信号が“０”であれば、これらの
ゲートは高調波係数cjを乗算器２８へ転送する。
アドバンス信号が“１”であれば、これらのゲー
トは高調波係数が乗算器２８へ達しないようにす
る。

第２図は、高調波係数の値に応答して適応計算
を行うのに用いられる実行制御回路１６の素子を
示す。計算サイクルはフリツプフロツプ１０６を
セツトすることにより始められるので、その出力
信号はＱ＝“１”である。Ｑ＝“１”の場合には、
エツジ検出回路１０７によりリセツト信号が発生
する。このリセツト信号は、語カウンタ１９と高
調波カウンタ２０の両方を初期状態にするのに用
いられる。フリツプフロツプ１０６がＱ＝“１”
の状態にもゲート１０２はタイミング信号を主ク
ロツク１５から語カウンタへ転送する。

高調波カウンタ２０が最大カウント状態に達し
た後にカウンタを増やすと、カウンタ２０は初期
状態にリセツトされ、リセツト信号を出す。この
リセツト信号はフリツプフロツプ１０６をリセツ
トするために送られる。このフリツプフロツプを
リセツトする動作は計算サイクルを終了させる。

ゼロ値の高調波係数に応答してアドバンス信号
を発生させるためゼロ検出回路１０１を実施する
代りに、予め選択したいかなる値にも応答してア
ドバンス信号を発生させることができるというこ
とは当業者にはすぐに判ることである。このこと
は第３図に示すように、比較信号Ｒの値を予め選
択しておくことによつて行われる。Ｒに経時変化
が可能な値をとらせることによつて特殊な音色効
果がえられる。Ｒが変化するにつれて音質が変化
する。というわけは、Ｒの値が高調波係数より大
きくなると、いろいろな高調波係数が除去される
からである。参照信号Ｒの振幅を変化させる１つ
の方法は、ADSRエンベロープ発生器によりＲを
発生させることである。ここに参考のために述べ
てある米国特許第4079650号（特開昭52−93315）
には適当なエンベロープ発生器が記述されてい
る。

第１図に示してあるシステムは、楽音波形の合
成に用いられる高調波数によつて特徴づけられる
電子楽器モデルの基礎として使用できる。例え
ば、第１図に関連して述べてあるシステムは32の
高調波を使用した。もし高調波係数がゼロの値を
もつ16以上のすべての高調波とともに記憶される
ならば、主データの計算は自動的に16の高調波に
限定され、計算サイクルの時間は自動的に適応し
て、32の高調波に要する時間の１／２に短縮され
る。

以下、本発明の実施の態様を列挙する。

１ 計算手段が計算サイクルの間に計算が行われ
る度毎に増加し、上記データ語数をモジユロと
して計数する語カウンタと、 上記語カウンタへのインクリメントが計数を
初期状態に戻すと、リセツト信号を出すモジユ
ロリセツトと、 上記比較信号による上記のセツト信号によつ
て増加し、予め選択した数をモジユロとして計
数する高調波カウンタと、 上記高調波カウンタの内容の連続する値を加
算するための加算器−アキユムレータと、 三角関数値を記憶するメモリを含む正弦波関
数表と、 上記加算器−アキユムレータの内容に応答し
て上記正弦波関数表からの値をアドレスするた
めの第２のアドレツシング手段と、 上記正弦波関数表からの上記アドレスされた
値の各々と、上記高調波メモリ手段から読出さ
れた対応する高調波係数とを掛け合わせるため
の乗算手段と、 上記乗算手段によつて与えられた値を記憶す
るためのデータメモリ手段とからなる特許請求
の範囲第１項による楽器。

２ 上記比較器手段が、参照信号を発生させるた
めの参照信号発生手段と、 上記参照信号と上記高調波係数メモリから読
出された高調波係数に応答し、もし高調波係数
が参照信号の値より小さいと上記比較信号を発
生させる比較回路手段とからなる特許請求の範
囲第１項による楽器。

３ 上記デジタル計算手段が更に、上記高調波係
数が上記比較信号に応答して抑止される抑止回
路と、 上記フーリエ変換が上記比較信号に応答して
計算されないアドバンス回路とからなる特許請
求の範囲第２項による楽器。

４ 上記デジタル計算手段が更に正弦値を記憶す
る正弦波関数表と、 関係Z_N＝_M 〓^q=1 cq sin（πNq／Ｍ）により上記主
データセツトにおける数Z_Nを計算するための
手段、但しｑ＝１、２、３、…、Ｍ、Ｎ＝１、
２、…、2MでありＭは上記数2_Nを規定する高
調波成分の数、cqは上記複数のメモリに記憶
された高調波係数の要素、sin（πNq／Ｍ）は上
記正弦波関数表からアドレスされた値、とを含
む特許請求の範囲の範囲第２項による楽器。

５ 上記参照信号が経時的に変化する値を発生す
る特許請求の範囲第２項による楽器。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略的なブロツク図である。
第２図は実行制御回路の詳細を示す概略的なブロ
ツク図である。第３図はゼロ検出回路の詳細を示
す概略的な論理図である。 第１図において１１は音響システム、１２は鍵
盤スイツチ、１４は音調検出・割当回路、１６は
実行制御回路、１９は語カウンタ、２０は高調波
カウンタ（モジユロ３２）、２１は加算器アキユ
ムレータ、２２はゲート、２３はメモリアドレス
デコーダ、２４は正弦波関数表、２５はメモリア
ドレスデコーダ、２６，２７は高調波係数メモ
リ、２８は乗算器、３３は加算器、３４は主レジ
スタ、３５は音調レジスタ、３７は音調クロツ
ク、４０は音調選択回路、４４は２の補数回路、
４５はロード選択回路、４７はＤ−Ａ変換器、１
０１はゼロ検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の鍵スイツチを含む鍵盤と、複数の音色
   のうち所望の音色を選択する音色選択スイツチを
   具え、発生される楽音信号の１サイクル波形を規
   定する等間隔点に対応するデータセツトが高調波
   係数により計算され、該計算されたデータセツト
   が発生される楽音の音高に対応する速度でＤ−Ａ
   変換器へ転送される楽音発生器を１つ又はそれ以
   上具えた電子楽器において、 高調波係数値を記憶するための高調波係数メモ
   リと、 前記音色選択スイツチに応答して前記高調波係
   数メモリから高調波係数値を読み出す読出し手段
   と、 前記高調波係数値を用い計算サイクルの間前記
   データセツトを計算する計算手段と、 所定の比較値と前記高調波係数メモリから読み
   出された高調波係数値とを比較し比較信号を出力
   する比較手段とを具え、 前記比較手段からの比較信号に応答して前記計
   算手段の計算が制御され前記データセツトの計算
   が行なわれるデジタル楽音シンセサイザにおける
   適応計算装置。 ２ 前記比較手段は、高調波係数値が零である時
   比較信号を発生する特許請求の範囲第１項記載の
   デジタル楽音シンセサイザにおける適応計算装
   置。