JP2019101390A - Ｆｍ音源を使った、ｃｄに替わる音楽再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原音に忠実に、効率良くファイルサイズを小さくして、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高音質の音楽を再生する方法を提供する。【解決手段】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。【効果】和音の再生が出来るＦＭ音源ＬＳＩを使っている為に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。【選択図】なし

Description

この発明は、デジタル音楽に関する物である。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (1)

1. ＦＭ音源を使った、ＣＤに替わる音楽再生方法