JP2019101390A - Method for reproducing music using fm synthesizer replacing cd - Google Patents

Abstract

To provide a method for reproducing a music of high sound quality faithfully to an original sound with a file size reduced efficiently, capable of reproducing the music even by changing an instrument to play and a musical interval during the reproduction.SOLUTION: A method for reproducing a music reads a musical score from a scanner, converts the musical score into a MIDI and the like as music data using an image processing technology and an image recognition technology by a computer, thereby reproducing the data many times while changing an instrument, musical interval and the like as a user likes.EFFECT: A favorite music can be reproduced with highest sound quality and with a favorite instrument, because FM synthesizer LSI capable of reproducing a chord is used. A performance of a complicated classical music can be listened faithfully to an original sound, smoothly and splendidly based on the FM synthesizer LSI.SELECTED DRAWING: None

Description

この発明は、デジタル音楽に関する物である。  The invention relates to digital music.

この発明は、ＣＤに使われているＭＰ３ファイル形式よりも高音質で音楽を再生する事が出来、演奏している楽器や音程等も換える事が出来る音楽再生方法である。  The present invention is a music reproduction method capable of reproducing music with higher sound quality than the MP3 file format used for CDs, and also changing musical instruments, pitches, etc. being played.

今のＣＤに使われているＭＰ３ファイルには、ＤＣＴ（離散的コサイン変換）や符号圧縮技術、符号訂正理論を使った符号訂正方法、音楽の再生周波数に起因するアンチ・エイリアシング対策のサンプリング周波数、ベートーベンの第９楽章に起因するＣＤの最大再生時間に依る、ＣＤの直径の大きさの決定等、色々な技術や知識を使っているが、これ等は人間の耳の構造と聴感上の問題に依るファイル形式であり、厳密な意味での、原音に忠実な再生方法では無い。
ＣＤに使っているＭＰ３ファイルは、人間の耳の構造上、フォルテシモの大きな音に鼓膜が振り回されてピアニシモの小さな音が聴き取れず、例え、ダイナミック・レンジが広くても、人間の耳が聴き取れる大きな音のみを圧縮するデジタル・データ圧縮法であるＤＣＴ（離散的コサイン変換）を使っていて、このＭＰ３ファイルを再生する時には、厳密にはピアニシモの音が消えていて、音楽再生時には、人間の耳が聴き取れる大きな音ばかりをスピーカーから再生している。これがＭＰ３ファイルであり、厳密には原音を忠実に再生してはいない。The MP3 files used in current CDs include DCT (discrete cosine transform), code compression technology, code correction method using code correction theory, sampling frequency for anti-aliasing against music reproduction frequency, It uses a variety of techniques and knowledge to determine the size of the diameter of the CD, depending on the maximum playback time of the CD due to Beethoven's 9th movement, but these are problems with the structure and hearing of the human ear File format, and in a strict sense, it is not a faithful reproduction method to the original sound.
Due to the structure of the human ear, the MP3 file used for the CD has the tympanic membrane swayed by the loud sound of the fortissimo so that the small sound of the pianissimo can not be heard. When using DCT (Discrete Cosine Transform), which is a digital data compression method that compresses only loud sounds that can be taken, when playing this MP3 file, the sound of pianissimo is strictly gone, and when playing music, human beings The loud sound that can be heard by the speaker is played from the speaker. This is an MP3 file, and strictly speaking, the original sound is not reproduced faithfully.

ＣＤに使われているＭＰ３ファイル形式よりも厳密な意味で原音に忠実に、しかも、ＭＰ３ファイルよりも効率良くファイルサイズを小さくして、高音質の音楽を再生する方法である。しかも再生時に、演奏する楽器や音程までも替えて音楽を再生する事が出来る方法である。  It is a method to play high-quality music, faithful to the original sound in a strict sense than the MP3 file format used for CDs, and reduce the file size more efficiently than MP3 files. Moreover, at the time of reproduction, it is a method capable of reproducing music by changing even the musical instrument and the pitch to be played.

この為、この発明に於いては、スキャナーから楽譜を読み込み、コンピューターの画像処理技術と画像認識技術を使って、音楽データとして楽譜をＭＩＤＩ等に変換し、そのデータを再生時に楽器や音程等を替えて色々と好きな様に何度も再生する。楽譜をＭＩＤＩ等のデータに変換して置けば、音楽データをかなり小さく圧縮出来る上に、後後もこのデータは使う事が出来るし、スキャナーを使って楽譜を読み込む為に、どんな複雑な楽譜も読み込めて、しかも、楽譜の読み込みに人手が掛からず、読み込める音楽のジャンルとしては、クラシックから邦楽、洋楽、ロック、レゲエにジャズと、色々と好きな音楽を好きな環境下でコーヒーでも飲みながら聴く事が出来る。和音の再生が出来るＦＭ音源ＬＳＩを使っている為に、ＦＭ音源の和音の数と再生するアナログ回路のノイズ対策等がしてあれば、最高の音質で好きな音楽を好きな楽器で再生する事が出来る。
ＦＭ音源なので新しい音色も作る事が出来て、古い楽譜までも読み込んで、昔の楽器の音色が復元出来れば、今は存在しない楽器の演奏も出来る。また、逆に、新しい楽器の音色も作成して、その音を楽しむ事も出来る。拡張されたＭＩＤＩデータは、ＣＤのＭＰ３ファイルよりもファイルサイズが小さく、しかも、楽譜から直接にＭＩＤＩデータに変換した為に、原音に忠実であり、アナログ回路の音楽再生系の音質が良ければ、最高の音質で音楽を聴く事が出来る。回路技術的には、デジタル音楽の為に、ノイズ対策用にＤＳＰを使ったデジタル・ローパスフィルターが在る。このＤＳＰは、使い方に依っては、内部のレジスターを上手に使う事に依って、ボリュームやアンプの電源投入時のミューティングとしても使う事が出来る。Ｄ／Ａ変換後のアナログ回路には、アナログのアクティブ・フィルターも在るが、フィルターの後の増幅回路には、音質重視の単純な電圧・電力増幅回路で良い。
音楽データをＭＩＤＩに変換するには、楽譜の音符などの音楽データを共通に使える様にする変換方法としての言語・記号としてＭＭＬ（ミュージック・マクロ・ランゲージ）と言う言語が基本として在り、この言語は音楽データを共通に使える様にする為の変換方法であり、このＭＭＬには、予め登録された音色に切り替える“＠”コマンドは在るが、自分で作ったオリジナルの音色をＦＭ音源ＬＳＩのＯＰＮ（Ｏｐｅｒａｔｏｒ−Ｔｙｐｅ Ｎ）のレジスターにまとめて書き込んで設定するコマンドや、ＦＭ音源ＬＳＩ内に幾つか在るＯＰＮ内のスロットの内部接続を変えるコマンド、ＦＭ音源ＬＳＩから出力する音の周波数のピッチを正確に合わせ込む為のＦナンバーを書き換えるコマンド、ＦＭ音源ＬＳＩ内に幾つか在るＯＰＮ間の音を発音するタイミングをコントロールするコマンド、ＦＭ音源ＬＳＩ内のＯＰＮへ出力するエンベロープ幅をコントロールするコマンド等が無く、また、クラシック音楽の楽譜はポップス等に比べると複雑であり、スキャナーから楽譜を読み込んでＭＩＤＩに変換する為には、ＭＩＤＩの規格に足りないコマンドが在り、ＭＩＤＩ規格を拡張する必要性は、クラシック音楽の複雑な楽譜をスキャナーから読み込んで、ＦＭ音源ＬＳＩに依って原音に忠実に、音楽を楽譜通りに再生する為である。
ＦＭ音源ＬＳＩは、マスター・クロックを分周したクロックを基準に、最初のスロットでサイン波の振幅を数値で計算し、この数値をキャリアーの振幅として次段のスロットに入力し、此処でモジュレーターとしてのサイン波の振動数の増分入力として、Ｆナンバーから計算される増分を前段のスロットの数値を使ってエンベロープ・ジェネレーターからの振幅データの数値に合う様に、出力波形の振幅をデジタル量の数値として計算して、Ｄ／Ａコンバーターへの数値出力データとして出力する。エンベロープは、Ｄ／Ａコンバーターを通して最終的に出力されるアナログ波形の包絡線の形を決めており、エンベロープ・ジェネレーターは、音を構成する各部分の包絡線の振幅を時系列に、順番に数値データとして計算してＯＰＮに出力している。音波の要素を最初から書くと、音を発生する時のアタック、その音の発生が終わる時に音の包絡線の振幅が小さく崩れて行くディケイ、音が残響音として残るサスティン、そしてその音が消えて行くリリースの４部分から構成されている。このエンベロープの内側に音波としての色々な波形が在り、４部分の継続時間が一つの音の発音時間である。音を滑らかに繋ぎ発音するタイやスラー、音を短く切って発音するスタッカートは、エンベロープを上手く制御すれば音が滑らに自然に発音するので、音を滑らかに自然に発音する様にする為に、ＦＭ音源ＬＳＩのＯＰＮに、タイやスラーの為には、エンベロープのリリース部分の数値が大きいままで次の音に繋ぐ様にして、スタッカートの為には、数値を早めに小さくして次の音に繋ぐ様にする、リリース部分をコントロールするブロックを一つ加えれば、タイやスラー、スタッカートの、Ｄ／Ａコンバーターへの数値出力を楽にコントロールする事が出来、ＦＭ音源ＬＳＩに依る、複雑なクラシック音楽の演奏も原音に忠実に、然も、滑らかに綺麗に聴く事が出来る。
ＦＭ音源ＬＳＩとＲＯＭ等に予め登録されている楽器の音色データとの入出力にはＣＰＵを介して行い、ＣＤ等からの拡張されたＭＩＤＩデータと、ＲＯＭに登録されていない音色データ等はＣＰＵを介してＲＡＭに入力し、ＲＯＭ内のプログラムに依って拡張されたＭＩＤＩデータを再生する。拡張されたＭＩＤＩデータ内の音程や楽器の音色番号を書き換える場合には、読み込んだ楽曲の、拡張されたＭＩＤＩデータはＲＡＭ上に在るので、ＲＡＭ内の、拡張されたＭＩＤＩデータ内の音程や楽器・音色を簡単に書き換える事が出来る。
Ｄ／Ａコンバーターから出力したアナログ電圧を増幅するオペアンプは、再生するアナログ電圧の周波数帯域が音声帯域であり、これに対して、テレビやパソコンの液晶画面にカラー表示する為の、画素のＴＦＴをコントロールするアナログ電圧の周波数帯域は２０ＭＨｚ程であり、音声帯域ではテレビやパソコンの液晶画面の画素をコントロールするアナログ電圧程には電圧変化が大きくは無く、この為、音声帯域のアナログ電圧を増幅するオペアンプにはスルーレイトの大きいオペアンプは必要なく、むしろ、無入力時の出力雑音の小さい、入力換算雑音電圧の小さい、音楽用のオペアンプが必要である。
ＤＳＰは、積和演算するプロセッサーであり、ＤＳＰのデジタル出力を表す計算式は

であり、このＤＳＰの動作は、データ・バス上のデータを、ＤＳＰに入力されるクロックに同期してサンプリングしていて、このサンプリングしたデータと内部レジスター上のデータとの積を取り、その積出力を別のレジスター上にＦＡで和を取って行く。この積和演算した結果のレジスターを定期的に読み出してＤ／Ａコンバーターに出力すれば、アナログ出力の電圧が得られる。この積和演算した結果の、出力されるデジタル・データは、Ｄ／Ａ変換後のアナログ出力の電圧に関係していて、内部レジスターの数値を書き換える事でＤ／Ａ変換後のアナログ出力の電圧を変える事が出来て、内部レジスターの数値を００に書き換えれば、瞬時に出力をミューティングする事も出来る。
ＤＳＰは３０年以上も前の技術であり、デジタル・データの高周波成分のパルス幅は短く、データ・バス上のデータをクロックに同期してサンプリングする事で、一定のパルス幅以上のデジタル・データをサンプリングする事が出来る。ノイズには高周波成分が多く、そのパルス幅は短い。ＤＳＰを利用する事で、一定のパルス幅以上のデータのみを取り出す事が出来る、垂下型のデジタル・ローパスフィルターを構成する事が出来る。このデジタル・ローパスフィルターから出力されるデジタル・データをＤ／Ａ変換する事で、ノイズの少ないアナログ出力の電圧を得る事が出来る。
アナログのアクティブ・ローパスフィルターを使う場合には、ＦＭ音源ＬＳＩからのデジタル出力をＤ／Ａ変換した、アナログ出力の電圧には、高周波成分が含まれているので、アナログのアクティブ・ローパスフィルターには６次の急峻な減衰をするローパスフィルターが必要となる。For this reason, in the present invention, the score is read from the scanner, and the score is converted to MIDI as music data using the image processing technology and image recognition technology of the computer, and the musical instrument or pitch etc. Change and play many times as you like. Converting the score into MIDI data etc. enables the music data to be compressed much smaller, and this data can be used later, and any complex score can be used to read the score using a scanner. As a genre of music that can be read and not read manually, it is possible to read classical music, Japanese music, western music, rock, reggae, jazz and various favorite music while drinking coffee in a favorite environment I can do things. Since the FM sound source LSI that can play chords is used, if you take measures against the number of chords of the FM tone and the noise of the analog circuit to be played, you can play your favorite music with your favorite instrument with the best sound quality. I can do things.
Because it is an FM sound source, new tones can be created, and even old music scores can be read, and if the tone of old instruments can be restored, it is possible to play instruments that do not exist now. Also, you can create a new musical instrument tone and enjoy the sound. The expanded MIDI data is smaller in file size than CD MP3 files, and since it is converted directly into MIDI data from the score, if it is faithful to the original sound and the sound quality of the analog circuit music reproduction system is good, You can listen to the music with the best sound quality. In terms of circuit technology, for digital music, there is a digital low-pass filter using a DSP for noise reduction. This DSP can also be used as muting when powering on the volume or amplifier, depending on how you use the internal registers properly. The analog circuit after D / A conversion also has an analog active filter, but the amplifier circuit after the filter may be a simple voltage / power amplifier circuit that emphasizes sound quality.
In order to convert music data to MIDI, a language called MML (music / macro language) is basically used as a language / symbol as a conversion method that allows common use of music data such as music notes, etc. Is a conversion method for common use of music data. In this MML, there is an "@" command to switch to a pre-registered tone, but the original tone created by myself is used as an FM tone generator LSI The command to write collectively in the register of OPN (Operator-Type N), the command to change the internal connection of the slot in OPN which exists in some FM sound source LSI, the pitch of the frequency of the sound output from FM sound source LSI , A command to rewrite the F-number to accurately match the sound, and a sound between several OPNs in the FM sound source LSI There is no command to control the timing of pronouncing, no command to control the envelope width to output to the OPN in the FM sound generator LSI, etc. Moreover, the score of classical music is more complicated than pops etc. In order to convert to MIDI, there are commands that are not sufficient for the MIDI standard, and the need to extend the MIDI standard is to read complex music score of classical music from a scanner and faithfully to the original sound by the FM sound generator LSI, It is for playing music as it is score.
The FM sound source LSI numerically calculates the amplitude of the sine wave in the first slot based on a clock obtained by dividing the master clock, and inputs this numerical value as the carrier amplitude to the slot in the next stage, where it is used as a modulator. The amplitude of the output waveform is converted to a digital value so that the increment of the sine wave frequency is matched with the value of the amplitude data from the envelope generator using the increment calculated from the F number as the incremental input of the frequency of the sine wave. Calculate and output as numerical output data to the D / A converter. The envelope determines the shape of the envelope of the analog waveform that is ultimately output through the D / A converter, and the envelope generator sequentially numbers the amplitudes of the envelopes of the parts that make up the sound in time series. Calculated as data and output to OPN. When the sound element is written from the beginning, the attack at the time of generating the sound, the decay of the amplitude of the sound envelope decays small when the generation of the sound ends, the sustaining sound remains as reverberation, and the sound disappears The release consists of four parts. Inside the envelope there are various waveforms as sound waves, and the duration of the four parts is the sounding time of one sound. Ties, slurs, and staccatos, which produce smooth ties and smooth sounds, and cut short sounds, produce smoother and more natural sounds because the sounds can be slipped naturally if the envelope is well controlled. , For the OPN of the FM sound source LSI, for ties and slurs, the numerical value of the release part of the envelope is kept large while connecting to the next sound, and for the staccato, the numerical value is reduced early and the next By adding one block to control the release part to connect to the sound, it is possible to easily control the numerical output of the tie, slur and staccato to the D / A converter, and it is complicated by the FM sound source LSI. The performance of the classical music can be listened to the original sound faithfully and also beautifully smoothly.
The FM tone generator LSI and the tone color data of the musical instrument pre-registered in the ROM etc. are input / output via the CPU, and the expanded MIDI data from the CD etc, and the tone color data etc. not registered in the ROM are CPU Input to the RAM and play the extended MIDI data according to the program in the ROM. When the pitch in the extended MIDI data or the tone number of the instrument is rewritten, the extended MIDI data of the read music is in the RAM, so the pitch in the extended MIDI data in the RAM or You can easily rewrite the instrument and tone.
The operational amplifier that amplifies the analog voltage output from the D / A converter has a voice band for the frequency band of the analog voltage to be reproduced, and the pixel TFT for color display on the liquid crystal screen of a television or personal computer. The frequency band of the analog voltage to be controlled is about 20 MHz, and in the voice band, the voltage change is not large enough to control the pixels of the liquid crystal screen of a television or personal computer. Therefore, the analog voltage in the voice band is amplified. The operational amplifier does not need an operational amplifier with a large slew rate, but rather an operational amplifier for music with a small input referred noise voltage and a small output noise when there is no input.
DSP is a processor that performs product-sum operation, and a formula that represents the digital output of DSP is

The operation of this DSP is sampling the data on the data bus in synchronization with the clock input to the DSP, taking the product of this sampled data and the data on the internal register, and the product Sum the output with FA onto another register. If the register resulting from the product-sum operation is periodically read out and output to the D / A converter, the voltage of the analog output can be obtained. The output digital data as a result of this product-sum operation is related to the voltage of the analog output after D / A conversion, and the voltage of the analog output after D / A conversion is achieved by rewriting the value of the internal register. Can be changed and the output can be muted instantaneously if the value of the internal register is rewritten to 00.
DSP is a technology over 30 years old, and the pulse width of the high frequency component of digital data is short. By sampling data on the data bus in synchronization with the clock, digital data with a fixed pulse width or more is obtained. Can be sampled. Noise has many high frequency components, and its pulse width is short. By using a DSP, it is possible to construct a droop-type digital low-pass filter that can extract only data with a certain pulse width or more. By performing D / A conversion on digital data output from this digital low-pass filter, it is possible to obtain a voltage of an analog output with less noise.
When using an analog active low-pass filter, the digital output from the FM sound source LSI is D / A converted. The voltage of the analog output includes high frequency components, so the analog active low-pass filter is used. A low-pass filter with sixth order steep attenuation is required.

この発明により、ＣＤに使われているＭＰ３ファイル形式よりも音楽データのファイルサイズを小さく圧縮出来て、しかも、ＭＰ３ファイルよりも原音に忠実で音質を良くする事が出来る。基本的に、ＭＩＤＩは音楽通信用の規格であり、再生される音は、ＦＭ音源の和音の数とアナログ回路の音楽再生系の音質に依っていて、楽器を演奏する人が楽譜を読み込んで演奏する場合や、読み込んだ楽譜を変換したＭＩＤＩデータの、楽器や音程を交換した場合のシミュレーションをする事も出来る。これからは、聴く側が好きな音楽を好きな楽器を選んで聴く事が出来る様になる。  According to the present invention, the file size of music data can be compressed to a smaller size than the MP3 file format used for CDs, and moreover, the sound quality can be improved with faithfulness to the original sound and better than the MP3 file. Basically, MIDI is a standard for music communication, and the sound to be reproduced depends on the number of chords of the FM sound source and the sound quality of the music reproduction system of the analog circuit. It is also possible to simulate when playing musical instruments or when changing musical instruments or pitches of MIDI data obtained by converting the read score. From now on, you will be able to select and listen to the music you like the music you like.

Claims (1)

ＦＭ音源を使った、ＣＤに替わる音楽再生方法  How to play music instead of CD using FM sound source