JP2643717B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、厚みのある楽音を合
成することができる楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、楽音波形の合成方式として、
遅延回路やフィルタなどを閉ループ状に接続してループ
回路を構成し、初期楽音信号をこのループ回路に注入し
てループ回路を循環させ、適当な位置から出力楽音信号
を取出す技術が知られている。

【０００３】例えば、特公昭５８−５８６７９号公報に
は、ループ回路内に非直線の位相特性を有するフィルタ
を挿入することにより、整数倍音系列から離れた倍音を
形成する技術が開示されている。フィルタとしては、例
えばあらゆる周波数において利得が「１」でかつ所定の
非直線の位相特性を有するオールパスフィルタ（以下、
「ＡＰＦ」と呼ぶ）などが用いられる。この技術によれ
ば、ＡＰＦなどを用いて高周波倍音を出力することによ
り、比較的複雑な楽音を合成することができる。

【０００４】また、特開平２−３００７９５号公報に
も、同様のループ回路内に遅延回路とＡＰＦを備えた楽
音合成装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特公昭
５８−５８６７９号公報および特開平２−３００７９５
号公報に開示された楽音合成装置のいずれも、基本的に
はループ回路内に駆動波形を注入しそれをループさせな
がらフィルタリングしていく、減衰型の楽音合成方式で
ある。したがって、駆動波形に含まれていない周波数成
分を有する楽音を生成することは困難であり、より厚み
のある楽音の生成が難しいという問題があった。

【０００６】この発明は、上述の従来例における問題点
に鑑み、楽音信号を循環させるループ回路を有する楽音
合成装置において、そのループ回路に注入する駆動波形
に含まれていない周波数成分を有する楽音を生成するこ
とができ、より厚みのある楽音を生成できるようにする
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明に係る楽音合成装置は、楽音信号を循環さ
せるループ回路と、前記ループ回路中に設けられた、前
記楽音信号を正の成分と負の成分とに分割する、分割手
段と、前記ループ回路中に設けられた位相特性制御手段
であって、前記分割手段により得られた正の楽音信号の
位相特性と負の楽音信号の位相特性とを異ならせてそれ
ぞれ出力するものと、前記位相特性制御手段から出力さ
れた２つの信号を加算する加算手段とを具備することを
特徴とする。また、楽音信号を循環させるループ回路
と、前記ループ回路中に設けられた前記楽音信号を正の
成分と負の成分とに分割する分割手段と、前記ループ回
路中に設けられた前記分割手段により得られた正の楽音
信号に位相特性を付与する第１の位相特性付与手段と、
前記ループ回路中に前記第１の位相特性付与手段と並列
に設けられた前記分割手段により得られた負の楽音信号
に位相特性を付与する第２の位相特性付与手段と、前記
ループ回路中に設けられた前記第１および第２の位相特
性付与手段からの出力信号を混合する混合手段とを具備
することを特徴とする。

【０００８】前記ループ回路は、従来より知られている
遅延回路とフィルタ手段を有するものでよい。ただし、
ループ回路中に並列に設けられた前記第１の位相特性付
与手段と前記第２の位相特性付与手段として、遅延回路
とフィルタ手段の機能を兼ね備えたものを用いてもよ
い。これらの位相特性付与手段としては、例えばＡＰＦ
が用いられる。ＡＰＦ以外の通常のフィルタでも非直線
の位相特性を有するものであれば適用可能である。ただ
し、ＡＰＦを用いれば複雑な制御を必要とせずに本発明
が実現できる。

【０００９】

【作用】ループ回路中を循環する楽音信号を正の成分と
負の成分とに分割し、それぞれに位相特性を付与して再
び混合するようにしているので、駆動波形に含まれてい
ない周波数成分を有する複雑な楽音を合成できる。

【００１０】また、第１の位相特性付与手段と第２の位
相特性付与手段それぞれの位相特性を適宜選択すること
により、厚みのある楽音が合成できる。例えば、従来の
ように単にループ回路中にＡＰＦを挿入するだけでは、
（音色を変更するという観点からは有効ではあるが、）
基本波形と高調波との位相関係が狂ってしまう。すなわ
ち、基本波と高調波の位相関係（倍音関係）は変えずに
純粋に音色のみを変化させたい場合にも、ピッチがずれ
てしまう。本発明によれば、第１の位相特性付与手段と
第２の位相特性付与手段とでちょうど反対方向に高調波
成分がずれるようにしておけば、各高調波成分の幅は広
がるが、中心のピッチは基本波形の位置にあるようにで
きる。したがって、アンサンブルを行なっているような
楽音が合成でき、音に厚みが出る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。

【００１２】図１は、この発明の一実施例に係る楽音合
成装置を用いた電子楽器のブロック構成を示す。この実
施例の電子楽器は、複数の鍵盤キーを有する鍵盤１、そ
の鍵盤１からの出力（キーオン信号、キーオフ信号、キ
ーコードなど）をバスライン１１に対して受渡しするた
めの鍵盤インターフェース２、この電子楽器の全体の動
作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）３、リードオンリ
メモリ（ＲＯＭ）４、およびランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）５を備えている。ＲＯＭ４は、ＣＰＵ３が実
行するプログラムおよび各種のテーブルや定数などを記
憶する。ＲＡＭ５には、各種のワークレジスタやフラグ
などが割当てられている。

【００１３】また、この電子楽器は、各種の機能が割当
てられている複数のスイッチを含む操作パネル６、この
操作パネル６からの出力をバスライン１１に対して受渡
しするためのパネルインターフェース７、ＣＰＵ３の指
示に基づき所望の楽音信号を合成する楽音合成回路８、
および楽音合成回路８からの楽音信号に基づいて楽音を
スピーカ１０から発生させるサウンドシステム９を備え
ている。

【００１４】図２は、楽音合成回路８の詳細なブロック
構成を示す。楽音合成回路８は、駆動波形発生回路２
１、加算器２２、遅延回路２３、半波整流回路２４，２
５、ＡＰＦ２６，２７、加算器２８、ローパスフィルタ
（以下、「ＬＰＦ」と呼ぶ）２９、変換テーブル３０、
ＡＰＦ係数生成回路３１、およびフィルタ係数生成回路
３２を備えている。加算器２２、遅延回路２３、半波整
流回路２４，２５、ＡＰＦ２６，２７、加算器２８、お
よびＬＰＦ２９により、ループ回路が構成される。これ
らの構成要素はすべてディジタル回路より構成されてい
る。

【００１５】ＣＰＵ３からの楽音信号合成の指示は具体
的には、キーコードＫＣ、キーオンパルスＫＯＮＰ、音
色制御信号ＴＣ、およびイニシャルタッチＩＴの出力に
よってなされる。キーコードＫＣは、合成すべき楽音の
音高（ピッチ）を指定する。キーオンパルスＫＯＮＰ
は、鍵盤の鍵がキーオンされたとき発生されるパルス信
号である。音色制御信号ＴＣは、合成すべき楽音の音色
を指定するための信号である。イニシャルタッチＩＴ
は、鍵盤の鍵がキーオンされたときのタッチ情報を表
す。ＣＰＵ３はこれらの信号を楽音合成回路８に送出す
る。

【００１６】図２の楽音合成回路において、駆動波形発
生回路２１は、音色制御信号ＴＣ、キーコードＫＣおよ
びキーオンパルスＫＯＮＰを入力し、キーオンパルスＫ
ＯＮＰが発生された時点から指定された音色かつ音高の
楽音信号（駆動波形）を順次発生し加算器２２に向けて
出力する。この駆動波形は、所定クロックの各サンプル
点における振幅値を表したディジタル信号の並びであ
り、１周期分の波形である。

【００１７】加算器２２に入力した駆動波形は、ＬＰＦ
２９からの出力と加算され、加算結果は遅延回路２３の
第１段に入力する。遅延回路２３は、シフトレジスタに
より構成されており、このシフトレジスタの各段は加算
器２２から入力される駆動波形のディジタル信号のビッ
ト数に対応した数のフリップフロップにより構成されて
いる。各段のデータは、所定のクロック信号にしたがっ
て次の段にシフトされていく。最終段のデータは、半波
整流回路２４，２５に出力される。遅延回路２３のシフ
トレジスタの段数ｄは、合成すべき楽音の音高に応じて
定められる。具体的には、変換テーブル３０によりキー
コードＫＣに応じて段数ｄが決定される。段数ｄは、そ
の音高の楽音信号の１周期分を記憶する数である。

【００１８】遅延回路２３の最終段のデータは、半波整
流回路２４，２５に入力する。半波整流回路２４，２５
は、ループ回路中を循環する楽音信号を正負に分割す
る。すなわち、半波整流回路２４は入力した楽音信号の
うち正の信号のみをＡＰＦ２６に出力し、入力が負また
は「０」のときは出力を「０」とする。逆に、半波整流
回路２５は入力した楽音信号のうち負の信号のみをＡＰ
Ｆ２７に出力し、入力が正または「０」のときは出力を
「０」とする。

【００１９】ＡＰＦ２６，２７はそれぞれ１次のＡＰＦ
であり、その具体的な構成は図３を参照して後述する。
ＡＰＦ２６，２７は、全周波数域において利得が「１」
でかつ周波数に対する位相遅延が非直線的に変化するよ
うな位相特性を有する。ＡＰＦ２６，２７における位相
遅延量は、それぞれに入力する係数ｋ１，ｋ２に応じて
決定される。係数ｋ１，ｋ２は、ＡＰＦ係数生成回路３
１が音色制御信号ＴＣおよびイニシャルタッチＩＴに応
じて出力する。例えば、ＡＰＦ係数生成回路３１は、キ
ーオンパルスＫＯＮＰが入力した時点から、イニシャル
タッチＩＴが大きいほど位相遅延量が大きくなるように
係数ｋ１，ｋ２を出力したり、音色に応じて位相遅延量
が変化するように係数ｋ１，ｋ２を出力する。

【００２０】ＡＰＦ２６に入力した正の楽音信号は、係
数ｋ１にしたがって位相遅延され、加算器２８に入力す
る。ＡＰＦ２７に入力した負の楽音信号は、係数ｋ２に
したがって位相遅延され、加算器２８に入力する。加算
器２８は、これらの入力信号を加算し、加算結果をＬＰ
Ｆ２９に出力する。

【００２１】ＬＰＦ２９は、所定のカットオフ周波数よ
り大きい周波数成分をカットし、そのカットオフ周波数
以下の成分を通すローパス特性を有するフィルタであ
る。カットオフ周波数は、フィルタ係数生成回路３２か
ら出力される係数ｆｃに応じて決定される。フィルタ係
数生成回路３２は、キーオンパルスＫＯＮＰが入力した
時点から、音色制御信号ＴＣおよびイニシャルタッチＩ
Ｔに応じて係数ｆｃを出力する。ループ回路内にＬＰＦ
２９が設けられていることにより、十分時間が経過した
後には、高次の高調波成分は減衰し低次の高調波成分の
みを有する出力波形が得られることとなる。ＬＰＦ２９
の出力は、加算器２２に入力し、駆動波形と加算され
る。加算器２２の出力が、合成された楽音信号としてサ
ウンドシステム９に向けて出力される。

【００２２】以上のようにして、駆動波形がループ回路
を循環し、楽音信号が合成されていく。特にこの実施例
では、ループ回路内において楽音信号を正の成分と負の
成分に分割し、分割したそれぞれの信号を独立にＡＰＦ
２６，２７に通し、その後再度加え合せている。したが
って、ループ回路を循環するごとに、正の信号と負の信
号との位相を独立にずらしていくことができ、新たな高
調波（基本周波数の整数倍から周波数がずれた高調波を
加え合せて生成した高調波）成分の信号を生成できる。
これにより、合成楽音にびびり音的効果を付与すること
ができる。

【００２３】図３は、ＡＰＦ２６，２７の回路例を示
す。ＡＰＦ２６，２７は、加算器４１，４２、乗算器４
３，４４および遅延回路４５を備えている。遅延回路４
５は、循環する楽音信号を１クロック（遅延回路２３に
入力するクロックと同じクロック信号が入力している）
分遅延させて出力する遅延回路である。

【００２４】加算器４１は、半波整流回路２４，２５か
らの入力信号に乗算器４４からの出力信号を加算する。
加算器４１の出力信号は、遅延回路４５を介して遅延さ
れた後加算器４２に入力するとともに、乗算器４３にも
入力する。乗算器４３は、加算器４１からの信号に係数
ｋを乗じ、乗算結果を加算器４２に出力する。遅延回路
４５からの出力信号は乗算器４４に入力する。乗算器４
４は、遅延回路４５からの信号に係数−ｋを乗じ、乗算
結果を加算器４１に出力する。加算器４２は、乗算器４
３からの出力信号と遅延回路４５からの出力信号とを加
算し、加算結果を後段の加算器２８へと出力する。なお
係数ｋ，−ｋは、−１〜１の間の値であり、ＡＰＦ２６
ではｋ＝ｋ１、ＡＰＦ２７ではｋ＝ｋ２である。

【００２５】図４は、図２の楽音合成装置で楽音合成を
行なったときの各部の波形を示す。図４（ａ）は駆動波
形発生回路２１で発生した正弦波入力波形を示す。この
ような正弦波をループ回路に入力したとき、正の成分を
切り出す半波整流回路２４の出力波形は図４（ｂ）のよ
うになる。さらに、この図４（ｂ）の波形をＡＰＦ２６
に通すと、図４（ｃ）のように歪む。負側でも同様に処
理し、正側のＡＰＦ２６の出力と負側のＡＰＦ２７の出
力とを加算器２８で加えた波形を、図４（ｄ）に示す。

【００２６】さらに図５は、図４のような処理を引き続
き実施したときに合成された楽音信号として出力される
波形の最初の数十波を示す。最初の単純な正弦波が時間
の経過に連れて様々な倍音を生み出し、ＬＰＦ２９の作
用により徐々に減衰していく様子が分かる。このような
波形変化のため、この合成音は例えばシタールのような
響きを有する。

【００２７】上記実施例によれば、合成された楽音波形
の平均的な遅れ時間を一定に保つことができる。すなわ
ち、正負に分割した波形のそれぞれの位相遅延量が所定
の一定基準値を中心に正負に振られ、その絶対値が同じ
になるように制御することにより、基本波付近の周波数
成分の位相遅れを一定に保つことができる。したがっ
て、基本ピッチに変化が起きないようにして、音の厚み
を出すことができる。このようにするためには、例えば
ＡＰＦ２６，２７の係数ｋ１，ｋ２を符号は異なるが絶
対値は同じとなるようにする。

【００２８】また、上記実施例によれば、正負の信号を
加え合わせるようにしているので、直流成分の信号が増
加されることもない。したがって、従来の方式でしばし
ば発生していたアタックやリリース時のクリックノイズ
の発生が抑えられる。

【００２９】さらに、上記実施例のようにＡＰＦを用い
れば、ＡＰＦは全帯域にわたって振幅周波数特性が平坦
であるので、ＡＰＦの係数を種々変更してもオーバフロ
ーを引き起こすことなく、安定した回路を形成すること
ができる。

【００３０】なお上記実施例では、ＡＰＦ係数生成回路
３１により音色制御信号ＴＣおよびイニシャルタッチＩ
Ｔに応じて係数ｋ１，ｋ２を決定しているが、さらにこ
れらの係数ｋ１，ｋ２に所定のエンベロープを付与する
ようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ループ回路を循環する楽音信号を正負の成分に分割
し、それぞれに独立に位相特性を付与して、混合するよ
うにしているので、ループ回路に注入される駆動波形に
含まれていない周波数成分を有する楽音を生成すること
ができ、より厚みのある楽音を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る楽音合成装置を用
いた電子楽器のブロック構成図

【図２】 楽音合成回路の詳細なブロック構成図

【図３】 ＡＰＦの回路例

【図４】 実施例の楽音合成装置で楽音合成を行なった
ときの各部の波形図

【図５】 合成された楽音信号として出力される波形図

【符号の説明】

１…鍵盤、２…鍵盤インターフェース、３…中央処理装
置（ＣＰＵ）、４…リードオンリメモリ、５…ランダム
アクセスメモリ、６…操作パネル、７…パネルインター
フェース、８…楽音合成回路、９…サウンドシステム、
１０…スピーカ、１１…バスライン、２１…駆動波形発
生回路、２２…加算器、２３…遅延回路、２４，２５…
半波整流回路、２６，２７…ＡＰＦ、２８…加算器、２
９…ローパスフィルタ、３０…変換テーブル、３１…Ａ
ＰＦ係数生成回路、３２…フィルタ係数生成回路３２。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】楽音信号を循環させるループ回路と、 前記ループ回路中に設けられた、前記楽音信号を正の成
   分と負の成分とに分割する、分割手段と、 前記ループ回路中に設けられた位相特性制御手段であっ
   て、前記分割手段により得られた正の楽音信号の位相特
   性と負の楽音信号の位相特性とを異ならせてそれぞれ出
   力するものと、前記位相特性制御手段から出力された２つの信号を加算
   する加算手段と を具備することを特徴とする楽音合成装
   置。
2. 【請求項２】 楽音信号を循環させるループ回路と、 前記ループ回路中に設けられた、前記楽音信号を正の成
   分と負の成分とに分割する、分割手段と、 前記ループ回路中に設けられた、前記分割手段により得
   られた正の楽音信号に位相特性を付与する、第１の位相
   特性付与手段と、 前記ループ回路中に前記第１の位相特性付与手段と並列
   に設けられた、前記分割手段により得られた負の楽音信
   号に位相特性を付与する、第２の位相特性付与手段と、 前記ループ回路中に設けられた、前記第１および第２の
   位相特性付与手段からの出力信号を混合する、混合手段
   と を具備することを特徴とする楽音合成装置。