DE69222015T2

DE69222015T2 - Elektronisches Musikinstrument

Info

Publication number: DE69222015T2
Application number: DE69222015T
Authority: DE
Inventors: Iwao Higashi; Toru Kitayama
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2012-12-05
Also published as: TW201353B; SG43361A1; KR0130050B1; KR930014245A; JP2745923B2; US5382751A; EP0548626A1; HK1001931A1; EP0548626B1; DE69222015D1; JPH05181485A

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Musikinstrumente und insbesondere auf elektronische Musikinstrumente, die verschiedenartige Musiktöne, ähnlich denen akustischer (nicht-elektronischer) Musikinstrumente, erzeugen können.

Stand der Technik

Aufgrund neuerer technologischer Verbesserungen sind in elektronischen Musikinstrumenten verwendete Tongeneratoren so weit entwickelt worden, ein breites Spektrum von Musiktönen zu synthetisieren. Beispielsweise sind Tongeneratoren nach dem Physical Modeling-Prinzip allgemein bekannt, die Töne von akustischen Musikinstrumenten synthetisieren. Ein jeder der Tongeneratoren nach dem Physical Modeling-Prinzip simuliert den Tonerzeugungsmechanismus eines nachzubildenden akustischen Musikinstruments. Beispiele von Tongeneratoren nach dem Physical Modeling-Prinzip wurden in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.63-40199 und dem US-Patent Nr.4 984 276 offenbart.
Ein Beispiel herkömmlicher den Tonerzeugungsmechanismus von Saiteninstrumenten simulierender Tongeneratoren nach dem Physical Modeling-Prinzip ist in dem Blockschaltbild der Fig. 19 gezeigt. In dieser Figur weist eine Anregungssignalerzeugungsschaltung 1 einen Wellenformspeicher auf, der Anregungssignalwellenformen speichert, die aus einer großen Anzahl von Frequenzkomponenten bestehen, wie beispielsweise einer Impulswellenform. Das Anregungssignal der Anregungssignalerzeugungsschaltung 1 wird einem ersten Eingabeanschluß eines Addierers 2 zugeführt. Das Ausgabesignal des Addierers 2 wird einer Verzögerungsschaltung 3 zugeführt, die die Ausbreitungsverzögerung von schwingenden Wellen in einer Saite des nachzubildenden Saiteninstruments simuliert.
Das verzögerte Ausgabesignal von der Verzögerungsschaltung 3 wird dann einem Filter 4 zugeführt, das die akustischen Verluste einer schwingenden Saite des nachzubildenden Saiteninstruments simuliert. Das Ausgabesignal des Filters 4 wird dann einem zweiten Eingabeanschluß des Addierers 2 zugeführt. Die oben beschriebenen Elemente 2 bis 4 bilden zusammen eine geschlossene Schleife. Zusätzlich zu der Verzögerungsschaltung 3 wird das Ausgabesignal von dem Addierer 2 einem Tonsignalausgabeanschluß 5 zugeführt, wobei ein in der geschlossenen Schleife zirkulierendes Signal als ein zu erzeugendes Musiktonsignal ausgegeben wird.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Tongenerator beginnt das zugeführte Anregungssignal in der geschlossenen Schleife zu zirkulieren, wenn das von der Anregungssignalerzeugungsschaltung 1 ausgegebene Anregungssignal dem ersten Eingabeanschluß des Addierers 2 zugeführt wurde. In diesem Falle zirkuliert das Signal in der geschlossenen Schleife einmal in der Zeit, die gleich der Periode einer Oszillation der zu simulierenden schwingenden Saite ist, und die Bandbreite des Signals wird durch das Filter 4 jedesmal begrenzt, wenn das Signal das Filter 4 passiert. Das durch die geschlossene Schleife zirkulierende Signal wird dann als ein Musiktonsignal von dem Musiktonausgabeanschluß 5 ausgegeben. Ein Beispiel des vorher beschriebenen Tongenerators wurde in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-48109 offenbart.
Bei dem vorher beschriebenen herkömmlichen elektronischen Musikinstrument mit dem vorausgehend beschriebenen herkömmlichen Tongenerator ist die Variation von Klangfarben der zu synthetisierenden Musiktöne begrenzt. Dies ist ein Nachteil, wenn ein Musikton in einer bestimmten Tonhöhenwahmehmung und guter Qualität erhalten werden soll. Dies ist ferner nachteilig in den vielen Fällen, in denen die Tonhöhe und die spektrale Zusammensetzung des der geschlossenen Schleife zugeführten Anregungssignals einer von einem Spieler vorgegebenen Tonhöhe entsprechen müssen.
Durch Erhöhen der Schleife nverstärkung der geschlossenen Schleife (das Filter mit den kammförmigen Frequenzcharakteristiken) werden die kammförmigen Frequenzcharakteristiken der gesamten geschlossenen Schleife für das zirkulierende Signal schärfer, so daß die Tonhöhewahmehmung verbessert wird. In diesem Falle nimmt jedoch die Betriebsstabilität der geschlossenen Schleife ab, und schlimmstenfalls besteht eine Beeinträchtigung darin, daß die geschlossene Schleife selbstoszilliert. Demgemäß liegt ein Nachteil in der Herabsetzung der Zuverlässigkeit des Systems.
EP-A-0 393 701 offenbart eine Vorrichtung zur Musiktonsynthese mit einer Vorrichtung zum Einstellen eines Nachhalleffekts. Die Vorrichtung zum Einstellen eines Nachhalleffekts weist mehrere parallel verbundene Schleifen auf. Jede Schleife simuliert einen bestimmten Tonübetragungsweg und besteht aus Schieberegistern, Phasenumkehrern und Addierern.

Kern der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Musikinstrument zu schaffen, das Musiktöne mit einer großen Vielfalt spektraler Zusammensetzungen unabhängig von der Art der Wellenform des Anregungssignals und mit einer reichen Klangfarbenvielfalt der Musiktöne erzeugen kann, und das einen stabilen geschlossenen Schleifenbetrieb aufweist und ein System von hoher Zuverlässigkeit darstellt.
Um diese Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein elektronisches Musikinstrument bereit, das folgendes aufweist: Anregungssignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Anregungssignals entsprechend einer Musiktonbenennungsinformation; eine Vielzahl von Schleifenmitteln, um wenigstens ein Eingangssignal im Ansprechen auf die Musiktonbenennungsinformation zu verzögern und das Signal wiederholt zu zirkulieren, wobei das Anregungssignal wenigstens einem aus der Vielzahl der Schleifenmittel zugeführt wird; gekennzeichnet durch Kopplungsbenennungssmittel zur Erzeugung von Kopplungsbenennungsdaten entsprechend einer Klangfarbe des zu erzeugenden Musiktons; und Kopplungsmittel zur Kopplung der Vielzahl der Schleifenmittel entsprechend den Kopplungsbenennungsdaten, wobei ein Signal, das in wenigstens einem aus der Vielzahl der Schleifenmittel zirkuliert wird, als ein Musiktonsignal ausgegeben wird.
Gemäß einem solchen Aufbau verzögert die Vielzahl der Schleifenmittel, die miteinander entsprechend der vorgegebenen Kopplungsform gekoppelt sind, das zugeführte Anregungssignal wenigstens in bezug auf die Musiktonbenennungs- Information und zirkuliert wiederholt das Signal. Das Signal geht stufenweise in ein Signal mit einer gewünschten Wellenform entsprechend der Kopplungsform über, während es in der Vielzahl der Schleifenmittel zirkuliert. Demgemäß wird das in irgendeinem der Vielzahl der Schleifenmittel zirkulierte Signal als ein Musiktonsignal ausgegeben.
Die vorliegenden Erfindung hat die positive Auswirkung, daß ein Musikton mit einer großen Vielfalt spektraler Zusammensetzungen unabhängig vom der Art der Wellenform des Anregungssignals und mit einer reichhaltigen Variation der Klangfarbe des Musiktons erzeugt werden kann. Eine positive Auswirkung ist außerdem, daß ein System von hoher Zuverlässigkeit erstellt werden kann, so daß die geschlossene Schleife stabil arbeitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines elektronischen Musikinstrumentes auf der Grundlage einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines Resonanzabschnitts 19.
25 Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines Signalsyntheseabschnitts 21.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus einer Schleife (LOOP) 42.
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines Signalsynthese abschnitts 49.
Figuren 6 bis 9 zeigen Blockschaltbilder von Beispielen der Algorithmen, die aus den Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; bebildet werden.
Figur 10 zeigt ein Beispiel der dem Blockschaltbild aus Figur 9 entsprechenden Frequenzcharakteristiken.
Figur 11 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des durch die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; gebildeten Algorithmus.
Figur 12 zeigt ein Beispiel der Frequenzcharakteristikenu die jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub2; aus Figur 11 entsprechen.
Figur 13 zeigt ein Beispiel der dem Blockschaltbild aus Figur 11 entsprechenden Frequenzcharakteristiken.
Figur 14 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Algorithmus, der aus den Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; gebildet wird.
Figur 15 zeigt ein Beispiel der dem Blockschaltbild aus Figur 14 entsprechenden Frequenzcharakteristiken.
Figur 16 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Algorithmus, der durch die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; gebildet wird.
Figur 17 zeigt ein Beispiel der dem Blockschaltbild aus Figur 16 entsprechenden Frequenzcharakteristiken.
Figur 18 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren elektrischen Aufbaus des Resonanzabschnitts 19.
Figur 19 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels des Aufbaus des herkömmlichen ein Saiteninstrument simulierenden Tongenerators nach dem Phyical Modeling Prinzip.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden wird eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf die Figuren gegeben. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus eines elektronischen Musikinstruments entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Abbildung sind manuell bedienbare Spielelemente 6, wie beispielsweise eine Tastatur, manuell bedienbare Elemente 7 zur Einstellung eines Musiktonparameters, die einen Musikton parameter, wie beispielsweise eine Klangfarbe, kennzeichnen und ein Steuerabschnitt 8 zur Steuerung aller Geräte vorgesehen.
Außerdem wird ein Anregungssignalerzeugungsabschnitt 9 bereitgestellt, der einen Wellenformerzeugungsabschnitt 10 aufweist, der ein obertonreiches Signal mit der erforderlichen Wellenform auf der Grundlage der Daten WAVE zur Bezeichnung der Wellenform des erzeugten Signals, ein Taste-EIN-Signal KON zur Bezeichnung des Erzeugungszeitpunktes des erzeugten Signals und einen Tonhöhendatenwert PITCH zur Bezeichnung der Tonhöhe des erzeugten Signals aus dem Steuerabschnitt 8 erzeugt. Der Anregungssignalerzeugungsabschnitt 9 weist ferner einen Rauschsignalerzeugungsabschnitt 11 auf, der ein Rauschsignal erzeugt, wie beispielsweise ein weißes Rauschsignal. Jedes der Filter 12 und 13 fügt die gewünschten Charakteristiken an das Ausgabesignal von dem Wellenformerzeugungsabschnitt 10 und dem Rauschsignalerzeugungsabschnitt 11 auf der Grundlage jeweils der Koeffizientendaten FLT&sub1; und FLT&sub2; von dem Steuerabschnitt 8 hinzu. Das Ausgabesignal von dem Filter 12 wird einem Multiplizierer 14 zugeführt, der es mit einem Amplitudensteuersignal AMP&sub1; von dem Steuerabschnitt 8 multipliziert. Das Ausgabesignal von dem Filter 13 wird einem Multiplizierer 15 zugeführt, der es mit einem Amplitudensteuersignal AMP&sub2; von dem Steuerabschnitt 8 multipliziert. Jedes der Ausgabesignale der Multiplizierer 14 und 15 wird den ersten und zweiten Anschlüssen eines Addierers 16 zugeführt, der das vorherige und nachfolgende addiert und ein Anregungssignal ausgibt.
Das Ausgabesignal von dem Addierer 16 des Anregungssignalerzeugungabschnitts 9, nämlich das Anregungssignal, wird zudem einem Filter 17 zugeführt, das ihm die gewünschten Charakteristiken auf der Grundlage des Koeffizientendatenwerts FLT&sub3; von dem Steuerabschnitt 8 hinzufügt. Das Ausgabesignal von dem Filter 17 wird einem Multiplizierer 18 zugeführt, der es mit einem Amplitudensteuersignal AMP&sub3; von dem Steuerabschnitt 8 multipliziert. Das Ausgabesignal des Multiplizierers 18 wird einem Resonanzabschnitt 19 zugeführt, der das Phänomen der Resonanz des nicht elektronischen Musikinstrumentes simuliert. Der Resonanzabschnitt 19 fügt die gewünschten Charakteristiken dem Ausgabesignal des Multiplizierers 18 hinzu auf der Grundlage von Daten ALG zur Bezeichnung der Kombinationen (der Verbindungungsformen, nämlich der Algorithmen) einer Vielzahl von den Resonanzabschnitt 19 bildenden Resonanzelementen (Schleifenschaltungen, die später beschrieben werden), auf der Grundlage von Daten MIX zur Bezeichnung des Synthesekoeffizienten zur Synthetisierung der Ausgabesignale von jeder der Schleifenschaltungen, auf der Grundlage von Daten DLYn (n=1 bis 4, usw.), die der Verzögerungszeit jeder der Schleifenschaltungen entsprechen, auf der Grundlage des Koeffizient LPFn der Tiefpaßfilter (LPF), die jede der Schleifenschaltungen bilden, auf der Grundlage des Koeffizient APFn der Allpaß-Filter (APF), die jede der Schleifenschaltungen bilden, auf der Grundlage des Koeffizient HPFn der Hochpaß Filter (HPF), die jede der Schleifenschaltungen bilden, und auf der Grundlage einer Schleifenverstärkung LGN jeder der Schleifenschaltungen von dem Steuerabschnitt 8. Das Resonanzabschnitt 19 gibt so Ausgabesignale als die Musiktonsignale von jedem der Kanäle L und R aus.
Die Koeffizientendaten FLT&sub1; bis FLT&sub3; und die Amplituden-Steuersignale AMP&sub1; bis AMP&sub3; können konstant oder zeitvariabel sein. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus des Resonanzabschnitts 19. In dieser Figur ist ein Resonanzelementesteuerabschnitt 20 vorgesehen, der die Multiplikationskoeffizienten m&sub1;&sub1; bis m&sub1;&sub4;, m&sub2;&sub1; bis m&sub2;&sub4;, m&sub3;&sub1; bis m&sub3;&sub4; und m&sub4;&sub1; bis m&sub4;&sub4; jedes Multiplizierers 22 bis 37 (siehe Fig. 3) in einem Signalsyntheseabschnitt 21 auf der Grundlage von Daten ALG von dem Steuerabschnitts 8 ermittelt und diese an die Multiplizierer 22 bis 37 liefert. In Fig. 3 multiplizieren die Multiplizierer 22, 26, 30 und 34 Eingabesignale, das ist das Ausgabesignal von dem in Fig. 1 gezeigten Multiplizierer 18, jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten m&sub1;&sub1;, m&sub2;&sub1;, m&sub3;&sub1; und m&sub4;&sub1;. Die Multiplizierer 23 bis 25 multiplizieren die Ausgabesignale LO&sub2; bis LO&sub4; von den im folgenden beschriebenen Schleifenschaltungen 42&sub2; bis 42&sub4; jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten m&sub1;&sub2; bis m&sub1;&sub4;. Ein Addierer 38 addiert die Ausgabesignale von jedem der Multiplizierer 22 bis 25 und gibt ein Ausgabesignal Ll&sub1; aus. Die Multiplizierer 27 bis 29 multiplizieren die Ausgabesignale LO&sub1;, LO&sub3; und L0&sub4; von den im folgenden beschriebenen Schleifenschaltungen 42&sub1;, 42&sub3; und 42&sub4; jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten m&sub2;&sub2; bis m&sub1;&sub4;. Ein Addierer 39 addiert die Ausgabesignale von jedem der Multiplizierer 26 bis 29 und gibt ein Ausgabesignal Ll&sub2; aus. Die Multiplizierer 31 bis 33 multiplizieren die Ausgabesignale LO&sub1;, LO&sub2; und LO&sub4; von den im folgenden beschriebenen Schleifen schaltungen 42&sub1;, 42&sub2; und 42&sub4; jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten m&sub3;&sub2; bis m&sub3;&sub4;. Ein Addierer 40 addiert die Ausgabesignale von jedem der Multiplizierer 30 bis 33 und gibt ein Ausgabesignal Ll&sub2; aus. Die Multiplizierer 35 bis 37 multiplizieren die Ausgabesignale LO&sub1; bis LO&sub4; von den im folgenden beschrieben Schleifenschaltungen 42&sub1; bis 42&sub3; jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten m&sub4;&sub2; bis m&sub4;&sub4;. Ein Addierer 41 addiert die Ausgabesignale von jedem der Multiplizierer 34 bis 37 und gibt ein Ausgabesignal Ll&sub4; aus. Der Signalsyntheseabschnitt 21 synthetisiert so das Ausgabesignal von dem Multiplizierer 18 und die Ausgabesignale von den Schleifenschaltungen 42&sub1; bis 42&sub4; und liefert die synthetisierten Signale, das sind die Ausgabesignale von den Addierem 38 bis 41, jeweils an die Schleifenschaltung 42&sub1; bis 42&sub4;.
In Fig. 2 sind die Schleifenschaltungen (im folgenden als Schleife (LOOP) bezeichnet) 42&sub1; bis 42&sub4; mit dem gleichen elektrischen Aufbau ausgerüstet. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus der Schleife (LOOP) 42. Diese Figur weist ein Hochpaßfilter (HPF) 43 auf, das die niederfrequente Komponente eines Eingabesignals, das ist das Ausgabesignal Ll des Signalsyntheseabschnitts 21, auf der Grundlage eines Koeffizienten HPFn abschneidet. Dieser Koeffizient kommt von dem Steuerabschnitt 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Das Ausgabesignal von dem HPF 43 wird einem ersten Eingabeanschluß eines Addierers 44 zugeführt. Das Ausgabesignal des Addierers 44 wird einem Tiefpaßfilter (LPF) 45 zugeführt, das dessen hochfrequente Komponente auf der Grundlage eines Koeffizienten LPFn abschneidet. Dieser Koeffizient kommt von dem Steuerabschnitt 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Das Ausgabesignal des Tiefpaßfilters LPF 45 wird einem Allpaßfilter (APF) 46 zugeführt, in dem sich die Phasendifferenz zwischen einem Eingabesignal und einem Ausgabesignal entsprechend der Frequenz der Signale auf der Grundlage eines Koeffizienten APFN ändert. Dieser Koeffizient kommt von dem Steuerabschnitt 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Das Ausgabesignal des Allpaßfilters APF 46 wird einer Verzögerungsschaltung (DELAY) 47 zugeführt, die es um eine gewünschte Verzögerungszeit auf der Grundlage von Daten DLYn verzögert. Diese Daten kommen von dem Steuerabschnitt 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Das Ausgabesignal von der Verzögerungsschaltung DELAY 47 wird einem Multiplizierer 48 zugeführt, der es mit einer Schleifenverstärkung LGn multipliziert. Diese kommt von dem Steuerabschnitt 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Die Resonanzfrequenztonhöhen jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; wird durch die Gesamtsumme der Verzögerungszeit jeweils von dem Tiefpaßfilter LPF 45, dem Allpaßfilter APF 46 und von der das Konstruktionselement der geschlossenen Schleife bildenden Verzögerungsschaltung DELAY 47 bestimmt, d.h. der Gesamtsumme der Verzögerungszeit der geschlossenen Schleife. Demnach muß die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung DELAY 47 auf der Grundlage der Daten DLYn in Hinblick auf die Verzögerungscharakteristiken der Filter (das sind das Tiefpaßfilter LPF 45 und das Allpaßfilter APF 46) in der geschlossenen Schleife zur Steuerung der Tonhöhe gekennzeichnet sein.
Fig. 2 weist außerdem einen Signalsyntheseabschnitt 49 auf, der die Ausgabesignale der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; synthetisiert und die Ausgabesignale als die Musiktonsignale von jedem der Kanäle L und R ausgibt. Der Resonanzelementesteuerabschnitt 20 bestimmt Multiplikationskoeffizienten k1L bis k4L und k1R bis k4R von jedem der Multiplizierer 50 bis 57 (siehe Fig. 5) in einem Signalsyntheseabschnitt 49 auf der Grundlage der Daten MIX von dem Steuerabschnitt 8 und liefert diese an die Multiplizierer 50 bis 57. In Fig. 5 multiplizieren die Multiplizierer 50 und 54 Eingabesignale, nämlich das Ausgabesignal von der in Fig. 2 gezeigten Schleife (LOOP) 42&sub1; jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten k1L und k1R. Die Multiplizierer 51 und 55 multiplizieren Eingabesignale, nämlich das Ausgabesignal der in Fig. 2 gezeigten Schleife (LOOP) 42&sub2;, jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten K2L und K2R. Die Multiplizierer 52 und 56 multiplizieren Eingabesignale, nämlich das Ausgabesignal der in Fig. 2 gezeigten Schleife (LOOP)42&sub3;, jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten k3L und k3R. Die Multiplizierer 53 und 57 multiplizieren Eingabesignale, nämlich das Ausgabesignale von der in Fig. 2 gezeigten Schleife (LOOP) 42&sub4;, jeweils mit den Multiplikationskoeffizienten k4L und k4R. Der Addierer 58 ist vorgesehen, der das Ausgabesignal von den Multiplizierern 50 bis 53 addiert und das Additionsergebnis als das Musiktonsignal OUTL des Kanals L ausgibt. Der Addierer 59 ist vorgesehen, der das Ausgabesignal von den Multiplizierern 54 bis 57 addiert und das Additionsergebnis als das Musiktonsignal OUTR des Kanals R ausgibt.
Wenn der Steuerabschnitt 8 ein Datum ALG zur Bezeichnung der Kombinationen (der Verbindungsformen, nämlich der Algorithmen) der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; ausgibt, bestimmt der Resonanzelementesteuerabschnitt 20 die Multiplikationskoeffizienten m&sub1;&sub1; bis m&sub1;&sub4;, m&sub2;&sub1; bis m&sub2;&sub4;, m&sub3;&sub1; bis m&sub3;&sub4; und m&sub4;&sub1; bis m&sub4;&sub4; von jeden der Multiplizierer 22 bis 37 in dem Signalsyntheseabschnitt 21 (in Fig. 3 gezeigt) auf der Grundlage der Daten ALG und liefert diese den Multiplizierern 22 bis 37. Demgemäß werden der Algorithmus (die Verbindungsform) der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; gekennzeichnet, wie beispielsweise in Figuren 6(A) bis 6(C), 7(A) bis 7(C), 8(A) und 8(B) gezeigt. Wenn dann der Steuerabschnitt 8 ein Datum MIX zur Bezeichnung des Synthesekoeffizienten des Ausgabesignals von jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; ausgibt, bestimmt der Resonanzelementesteuerabschnitt 20 die Multiplikationskoeffizienten k1L bis k4L und k1R bis K4R von jedem der Multiplizierer 50 bis 57 in dem Signalsyntheseabschnitt 49 (in Fig. 5 gezeigt) auf der Grundlage der Daten MIX und liefert diese den Multiplizierern 50 bis 57. Demgemäß werden die Ausgabesignale des Algorithmus der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4;, wie beispielsweise in Figuren 6(A) bis 6(C), 7(A) bis 7(C), 8(A) und 8(B) gezeigt, über einen großen Bereich verschiedenartig synthetisiert.
Wenn, wie im vorhergehenden beschrieben, der Steuerabschnitt 8 die Daten ALG und MIX an den Resonanzabschnitt 19 ausgibt, kann die Kombination der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; des Resonanzabschnitts 19 über einen großen Bereich verschiedenartig zusammengestellt werden.
Bei der Synthese von Musiktönen mit einer bestimmten Tonhöhenwahmehmung und mit einer hoher Qualität liefert der Steuerabschnitt 8 die Daten ALG und MIX an den Resonanzabschnitt 19, um die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub4; in Reihe zu verbinden, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn der Spieler beispielsweise die Taste der Tastatur des manuell bedienbaren Spielelementes 6, das dem Ton C entspricht, anschlägt, gibt die Tastatur die Tastendaten aus, wie beispielsweise die dem Ton C entsprechende Tonhöhe. Der Eingabeabschnitt des Anschlags (nicht abgebildet) ermittelt den Anfangsanschlag (initial touch) und den Nachanschlag (after touch) jeder Taste der Tastatur und erzeugt die Anschlagsdaten, die für die Anschlagestärke kennzeichnend sind, und liefert diese dem Steuerabschnitt 8. Der Steuerabschnitt 8 liefert dann die Schleifenverstärkung LG&sub1; und LG&sub2;, die Koeffizienten LPF&sub1; und LPF&sub2;, die Koeffizienten APF&sub1; und APF&sub2; und die Koeffizienten HPF&sub1; und HPF&sub2; für die Tastendaten, die Anschlagsdaten, die Klangfarbe und dergleichen, die dem Ton C entsprechen, an den Resonanzabschnitt 19 zur Benennung der Grundfrequenztonhöhe von jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2; zu der Frequenz f1. Der Steuerabschnitt 8 liefert außerdem dem Resonanzabschnitt 19 den Ergebniswert, welcher vorher erwähnte Wert, wie beispielsweise die Verzögerungszeit des Tiefpaßfilters LPF 45 und des Allpaßfilters APF 46, von der Phasenverzögerungszeit der dem Ton C entsprechenden gesamten Schleife (siehe Fig. 9) als die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung DELAY 47 subtrahiert wird. Der Resonanzelementesteuerabschnitt 20 in dem Resonanzabschnitt 19 liefert demgemäß diese Daten zu dem Hochpaßfilter HPF 43, dem Tiefpaßfilter LPF 45, dem Allpaßfilter APF 46, der Verzögerungsschaltung DELAY 47 und dem Multiplizierer 48 jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2;.
Der Steuerabschnitt 8 gibt dann die Daten WAVE, das Taste-EIN-Signal KON und die Tonhöhendaten PITCH an den Welle nformerzeugungsabschnitt 10 in dem Anregungssignalerzeugungsabschnitt 9 aus und liefert die Koeffizientendaten FLT&sub1; und FLT&sub2; jeweils an die Filter 12 und 13 und gibt die Amplitudensteuersignale AMP&sub1; und AMP&sub2; jeweils an die Multiplizierer 14 und 15 aus. In diesem Falle werden die Amplitudensteuersignale AMP&sub1; und AMP&sub2; 50 gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Ausgabesignals von dem Filter 12 zu dem Ausgabesignal von dem Filter 13 höher wird. Der Steuerabschnitt 8 flihrt außerdem die Koeffizientendaten FLT&sub3; dem Filter 17 und die Amplitudensteuersignale AMP&sub3; dem Multiplizierer 18 zu.
Der Wellenformerzeugungsabschnitt 10 stellt das erzeugte Signal mit der von den Daten WAVE bezeichneten Schwingungsform mit der von dem Taste-EIN-Signal KON benannten Erzeugungszeitsteuerung und der durch die Tonhöhendaten PITCH benannten Tonhöhe her und führt dieses dem Filter 12 zu. Das Filter 12 fügt die gewünschten Charakteristiken dem erzeugten Signal auf der Grundlage des Koeffizienten FLT&sub1; hinzu. Der Multiplizierer 14 multipliziert das Ausgabesignal von dem Filter 12 mit dem Amplitudensteuersignal AMP&sub1;. Im Gegensatz dazu fügt das Filter 13 die gewünschte Charakteristik dem Rauschsignal, wie beispielsweise dem weißen Rauschsignal von dem Rauscherzeugungsabschnitts 11, auf der Grundlage der Koeffizientendaten FLT&sub2; hinzu. Der Multiplizierer 15 multipliziert das Ausgabesignal von dem Filter 13 mit dem Amplitudensteuersignal AMP&sub2; Der Addierer 16 addiert dann die Ausgabesignale der Multiplizierer 14 und 15 und gibt das Ergebnissignal als das Anregungssignal zu dem Filter 17 aus.
Das Filter 17 fügt die gewünschte Charakteristik dem Anregungssignal auf der Grundlage der Koeffizientendaten FLT&sub3; von dem Steuerabschnitt 8 hinzu. Der Multiplizierer 18 multipliziert das Ausgabesignal des Filters 17 mit dem Amplituden steuersignal AMP&sub3; von dem Steuerabschnitt 8 und führt sein Ausgabesignal dem Resonanzabschnitt 19 zu. Demgemäß schneidet in dem Resonanzabschnitt 19 das Hochpaßfilter HPF 43 in der Schleife (LOOP) 42&sub1; die niederfrequente Komponente des Eingabesignals, das ist das Ausgabesignale von dem Multiplizierer 18, auf der Grundlage des Koeffizient HPFn ab. Dieser Koeffizient kommt von dem Steuerabschnitts 8 über den Resonanzelementesteuerabschnitt 20. Das Ausgabesignal des Hochpaßfilters HPF 43 wird dem ersten Eingabeanschluß des Addierers 44 zugeführt.
Das Ausgabesignal des Addierers 44 wird zu dem zweiten Anschluß des Addierers 44 über das Tiefpaßfilter LPF 45, das Allpaßfilter APF 46 und den Multiplizierer 48 rückgekoppelt Die Phasendifferenz zwischen jeder der Frequenzkomponenten des Ausgabesignals von dem Hochpaßfilter HPF 43 variiert somit und der Pegel des Ausgabesignals von dem Hochpaßfilter HPF 43 nimmt stufenweise ab, während das Ausgabesignal von dem Hochpaßfilter HPF 43 wiederholt in der geschlossenen Schleife zirkuliert, die durch den Addierer 44, das Tiefpaßfilter LPF 45, das Allpaßfilter APF 46, die Verzögerungsschaltung DELAY 47 und den Multiplizierer 48 gebildet wird. In der Schleife (LOOP) 422 wird das Ausgabesignal des Allpaßfilters APF 46 der Schleife (LOOP) 42&sub1;, nämlich das Ausgabesignal LO1 von der Schleife (LOOP) 421, der Schleife (LOOP) 42&sub2; zugeführt, und es wird auf die gleiche Art und Weise wie in der Schleife (LOOP) 42&sub1; behandelt. Demgemäß wird das Ausgabesignal von dem Allpaßfilter APF 46 der Schleife (LOOP) 42&sub2;, mit anderen Worten, das Ausgabesignal LO&sub2; von der Schleife (LOOP) 42&sub2;, dem Signalsyntheseabschnitt 49 zugeführt. Der Signalsynthese abschnitt 49, das ist der Resonanzabschnitt 19, gibt die Ausgabesignale als die Musiktonsignale OUTL und OUTR von jedem der Kanäle L und R aus.
Da, wie im vorhergehenden beschrieben, der Resonanzabschnitt 19 die in Reihe geschalteten Schleifen (LOOPS) 42&sub1; und 42&sub2; aufweist und die Grundfrequenztonhöhe von jeder der Schleifen (LOOPS) 42&sub1; und 42&sub2; wird als die Frequenz f1 bezeichnet, nimmt die Frequenzcharakteristik des gesamten Resonanzabschnitts 19 die Form der in Fig. 10 abgebildeten Kurve a der Frequenzcharakteristik an. In Fig. 10 zeigt die Kurve b die Frequenzcharakteristiken jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; oder 42&sub2;, und das Frequenzintervall f1 ist das, was das menschliche Ohr als die Tonhöhe wahrnimmt. Falls, wie in Fig. 10 gezeigt, die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2;, die annähernd die gleichen Frequenzcharakteristiken haben, in Reihe geschaltet sind, wird die kammförmige Gesamtfrequenzcharakteristik schärfer als die Frequenzcharakteristik einer jeden der beiden Schleifen (LOOPs) 421 oder 42w, und ein Musikton mit einer bestimmten Tonhöhenwahmehmung und mit einer hoher Qualität kann synthetisiert werden.
Der unter Verwendung eines nicht-elektronischen Musikinstrumentes hergestellte Musikton weist nicht nur ein einfaches Linienspektrum auf, sondern hat auch ein Spektmm, bei dem die Rauschkomponenten nahe bei dem Original-Obertons liegen, und enthält außerdem Unregelmäßigkeiten. Falls beispielsweise das elektronische Musikinstrument der im vorhergehenden erwähnten Ausführungsform Musiktöne synthetisiert, die dem unter Verwendung des nicht-elektronischen Musikinstrumentes erzeugten Musikton mit Unregelmäßigkeiten ähnlich sind, kann der Steuerabschnitt 8 die Amplitudensteuersignale AMP&sub1; und AMP&sub2; bezeichnen, so daß das Verhältnis des Ausgabesignals von dem Filter 13 zu dem Ausgabesignat des Filters 12 höher wird.
Wenn der Resonanzabschnitt 19 eine zu der in Fig. 9 gezeigten ähnliche Verbindung aufweist, wird die Grundfrequenztonhöhe der Schleife (LOOP) 42&sub1; als die Frequenz f&sub1; bezeichnet (siehe Kurve a in Fig. 12), die Grundfrequenztonhöhe der Schleife (LOOP) 42&sub2; wird als die Frequenz 3f&sub1; bezeichnet (siehe Kurve b in Fig. 12), wie in Fig. 11 gezeigt, und die Frequenzcharakteristik des gesamten Resonanzabschnitts 19 wird die in Fig. 13 gezeigte Frequenzcharakteristik.
Wenn der Resonanzabschnitt 19 ferner die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2; parallelgeschaltet aufweist, wobei ein Addierer 60 die Ausgabesignale von jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2; addiert, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Grundfrequenztonhöhe der Schleife (LOOP) 42&sub1;, die der Verzögerungsperiode der Schleife (LOOP) 42 entspricht, als die Frequenz f1 bezeichnet und die Grundfrequenztonhöhe der Schleife (LOOP) 42&sub2; wird als die Frequenz bezeichnet, die um die Frequenz Δf gegenüber der Frequenz f1 verschoben ist. Die Frequenzcharakteristik des gesamten Resonanzabschnitts 19 wird der Frequenzcharakteristik etwas ähnlich mit sowohl der Grundfrequenztonhöhe als auch der Obertonfrequenzverschiebung, wie es in der Kurve b in Fig. 15 zeigt ist. Demgemäß kann das elektronische Musikinstrument der im vorhergehenden erwähnten Ausführungsform den Musikton mit einem Verstimmungseffekt (detuning effekt) synthetisieren, bei dem das Musikintervall fein verschoben ist, und mit dem Chorklangeffekten. In Fig. 15 ist die Frequenzkomponente der Kurve a durch das Hochpaßfilter HPF 43 (siehe Figur 4) in der Schleife (LOOP) 42 praktisch entfernt.
Der Resonanzabschnitt 19 ist zudem in einer Konstruktion konzipiert, bei der die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2; parallel geschaltet sind, ein Multiplizierer 61 das Ausgabesignal von der Schleife (LOOP) 42&sub1; mit einem Multiplikationskoeffizienten kL1 multipliziert, ein Multiplizierer 62 das Ausgabesignal von der Schleife (LOOP) 42&sub2; mit einem Multiplikationskoeffizienten kL2 multipliziert und ein Addierer 60 die Ausgabesignale von jedem der beiden Multiplizierer 61 und 62 addiert, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Die Multiplizierer 61 und 62 entsprechen den Multiplizierern 48 und 50 bis 57 in dem in den Figuren 2 und 5 gezeigten Signalsyntheseabschnitt 49. Wenn die Grundfrequenztonhöhen f1 und f2 der beiden Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub1;, die den jeweiligen Daten DLY&sub1; und DLY&sub2; entsprechen, und die Schleifenverstärkungen LG&sub1; und LG&sub2;, eingestellt sind und die Ausgabepegel jeder der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub2; durch Modifizierung der Multiplikationskoeffizienten kL1 und kL2 eingestellt sind, kann die bestimmte Reihe der Obertonkomponente, die in jeder Tonhöhendifferenz zwischen den Grundfrequenztonhöhen f1 und f2 auftritt, in jeder Reihe unabhängig gesteuert werden. Wenn beispielsweise die Schleifenverstärkung LG&sub2; der Schleife (LOOP) 42&sub2; und der Multiplikationskoeffizient kL2 des Multiplizierers 62 eingestellt sind, kann die Verstärkung jeder Reihe von jeder der Obertonkomponenten unabhängig gesteuert werden, wie es durch den Pfeil in Fig. 17 gezeigt ist. So kann der Musikton mit der gewünschten Obertonzusammensetzung erhalten werden.
Da der Resonanzabschnitt 19, wie im vorhergehenden beschrieben, so konstruiert ist, daß die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; beliebig kombiniert werden können, kann die reichhaltige Variation der Klangfarben des Musiktons sichergestellt werden. Da jede der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; in dem Bereich des stabilen Betriebs verwendet werden kann, wird die Zuverläßigkeit des Systems hoch. Insbesondere, wenn die serielle Verbindung und die parallele Verbindung der Schleife (LOOP) 42 eingeschlossen sind, wie es in den Fig. 6(B), Fig. 6(C), Figuren 7(A) bis 7(C) und Fig. 8(B) gezeigt ist, können die Klangfarbe und die Variation der Klangfarbe des erzeugten Musiktons mehr variiert werden.
Bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Obertonzusammensetzung des erzeugten Musiktons viel einfacher vorauszusehen als bei dem Modulation verwendenden Tonerzeugungsmechanismus, wie beispielsweise der frequenzmodulierten Tonerzeugungsschaltung, und die Anzahl der Berechnungen ist weitaus geringer als bei dem den harmonische Synthesemechanismus verwendenden Tonerzeugungsmechanismus (Fourierscher Synthesemechanismus).
Bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das Abtasten der Musiktondaten mit einer hohen Qualität und der Wellenformspeicher mit einem großen Volumen nicht besonders notwendig wie bei einen elektronischen Musikinstrument, das eine Tonerzeugungsschaltung verwendet, die die Wellenformdaten aus dem Wellenformspeicher liest.
Bei der imvorhergehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist beschrieben, daß der Resonanzabschnitt 19 durch eine Kombination der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; bis 42&sub4; einfach konstruiert ist; der Resonanzabschnitt 19 kann beispielweise jedoch konstruiert werden, daß eine Zwischenverarbeitungsschaltung 63 zwischen die Schleife (LOOP) 42&sub1; und die Schleife (LOOP) 42&sub2; geschaltet ist, wie in Fig. 18 gezeigt. In diesem Fall können beispielweise als die Zwischenverarbeitung die folgenden Verarbeitungen verwendet werden.
Die Verarbeitungen sind solche, bei denen das Ausgabesignal von der Schleife (LOOP) 42&sub1; nichtlinear unter Verwendung einer nichtlinearen Tabelle verarbeitet wird, in der die Amplitude des Ausgabesignals von der Schleife (LOOP) 42&sub1; gesteuert wird, in dem sie wie ein Kompressors oder ein Begrenzer verwendet wird, oder bei der die Toneffekte jeglicher Art, wie beispielsweise Hall, Verzögerung und Chorus, für das Ausgabesignal von der Schleife (LOOP) 42&sub1; vorgegeben sind.
Bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist beschrieben, daß die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub4; so kombiniert sind, daß der Resonanzelementesteuerabschnitt 20 die Multiplikationskoeffizienten m&sub1;&sub1; bis m&sub1;&sub4;, m&sub2;&sub1; bis m&sub2;&sub4;, m&sub3;&sub1; bis m&sub3;&sub4; und m&sub4;&sub1; bis m&sub4;&sub4; von jedem der Multiplizierer 22 bis 37 des Signalsyntheseabschnitts 21 auf der Grundlage der Daten ALG von dem Steuerabschnitt 8 bestimmt und diesen zuführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die im vorhergehenden beschriebene Ausführungsform eingeschränkt. Die Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub4; können beispielsweise kombiniert werden, so daß ein interner Speicher, in dem eine Vielzahl der Algorithmen der Schleifen (LOOPs) 42&sub1; und 42&sub4; vorgespeichert sind, in dem Steuerabschnitt 8 vorgesehen ist und ein Benutzer einen dieser Algorithmen durch Bedienung des Auswählschalters (nicht gezeigt) auswählt, wodurch der Steuerabschnitt 8 den ausgewählten Algorithmus dem Resonanzelementesteuerabschnitt 20 zuführt.
Bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen Schaltungen, die Anregungssignalerzeugungsmitteln, einer Vielzahl von Schleifenmitteln und Kopplungsmitteln in den Ansprüchen entsprechen, vorzugsweise jeweils aus digitalen Signalprozessoren.

Claims

1. Elektronisches Musikinstrument, das folgendes aufweist: Anregungssignalerzeugungsmittel (9) zur Erzeugung eines Anregungssignals

entsprechend einer Musiktonbenennungsinformation;

eine Vielzahl von Schleifenmitteln (42), um wenigstens ein Eingangssignal im Ansprechen auf die Musiktonbenennungsinformation zu verzögern und das Signal wiederholt zu zirkulieren, wobei das Anregungssignal wenigstens einem aus der Vielzahl der Schleifenmittel (42) zugeführt wird;

gekennzeichnet durch Kopplungsbenennungsmittel (20) zur Erzeugung von Kopplungsbenennungsdaten entsprechend einer Klangfarbe des zu erzeugenden Musiktons; und

Kopplungsmittel (21) zur Kopplung der Vielzahl der Schleifenmittel entsprechend den Kopplungsbenennungsdaten, wobei ein Signal, das in wenigstens einem aus der Vielzahl der Schleifenmittel (42) zirkuliert wird, als ein Musiktonsignal ausgegeben wird.

2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl der Schleifenmittel in Serie gekoppelt ist

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl der Schleifenmittel parallel gekoppelt ist.

4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl der Schleifenmittel in Serie und parallel gekoppelt ist

5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, das außerdem Speichermittel aufweist zur Speicherung einer Vielzahl von Kopplungsformen, die anzeigen wie Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Vielzahl der Schleifenmittel zu koppeln sind, wobei die Kopplungsmittel die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Vieizahi der Schleifenmittel koppeln, die auf der Grundlage einer aus den Speichermitteln ausgelesenen Kopplungsform miteinander gekoppelt sind.