JP2661601B2 - 波形合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種楽器音あるい
は人声音を出力する電子楽器に用いられて、楽音波形を
形成する波形合成装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、電子楽器用楽音合成装置として、
デジタル技術が利用されるようなにり、それらの楽音品
質の向上は目ざましいものがある。このような技術とし
ては、例えば特公昭５８−５８６７９号に開示されてい
るものがある。 【０００３】以下、図面を参照しながら上述の波形合成
装置について説明する。図６は従来の波形合成装置の構
成を示すものである。図６において、１０１は出力楽音
を指示する鍵盤入力部、１０２はクロックを計数するカ
ウント制御部、１０３は波形データを記憶する波形メモ
リ、１０４は入力を選択するセレクタ、１０６は波形デ
ータを加工するフィルタ、１０５は入力を遅延させるシ
フトレジスタ、１０７〜１１１はデータ（信号）伝送路
である。 【０００４】以上のように構成された波形合成装置につ
いて、以下その動作について説明する。 【０００５】出力したい楽音を指示する鍵盤入力がなさ
れると、鍵盤入力部１０１は、出力楽音の音高に対応す
るクロックを伝送路１０７へ供給する。波形メモリ１０
３は楽音波形１周期分に対応するＮ個の波形データを伝
送路１０７のクロックのタイミングに従って、伝送路１
０８へ出力する。カウント制御部１０２は伝送路１０７
のクロックを計数し、計数値が前記Ｎに達した後切換駆
動出力をセレクタ１０４へ出力する。セレクタ１０４は
前記切換駆動出力が入力されるまでの間は伝送路１０８
を選択しており、前記切換駆動出力が入力された後に、
伝送路１０９を選択する。 【０００６】セレクタ１０４を経由した波形データは楽
音波形として出力されるとともにフィルタ１０６に入力
される。フィルタ１０６は入力された波形データをデジ
タルフィルタリングした後にシフトレジスタ１０５へ出
力する。シフトレジスタ１０５は前記Ｎに等しい段数を
持つ遅延器として働き、伝送路１０７のクロックのタイ
ミングに従ってシフト動作を実行する。 【０００７】以上の動作によって、波形メモリ１０３か
ら出力されたＮ個から成る１周期波形データがセレクタ
１０４を経て出力された後、フィルタ１０６とシフトレ
ジスタ１０５とセレクタ１０４と伝送路１０９〜１１１
からなる閉ループを１周期波形が循環しながら出力され
るという波形合成装置が実現される。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、ピアノ・ギターなどのいわゆる減衰系
の楽音を合成するに際して、何回も閉ループを循環する
波形が次第にフィルタリングの為に変化してゆくという
状況を得るのに適しているが、フルート・トランペット
などのいわゆる定常系の楽音を合成するには、フィルタ
１０６をいわゆるスルーの状態、即ち、フィルタ１０６
の処理を無くすようにしなければならなかった。又、そ
のようにして得られた楽音は、単に１周期波形をくり返
し出力しただけとなってします為、機械的で単調な音と
なってしまう課題があった。 【０００９】本発明は上記課題に鑑みて、楽器の発音機
構をモデル化することにより、特に、定常系の楽音とし
て自然な音を得ることのできる波形合成装置を提供する
ものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の波形合成装置は、楽器の共鳴部即ちループ部
を駆動するための駆動波形を記憶する波形メモリと、指
示された楽音の発音指示にしたがって楽音の発音中は出
力すべき楽音の種類と音高とタッチに対応して前記波形
メモリに記憶された駆動波形を選択する波形制御部と、
前記波形制御部からの指示に従って前記選択された駆動
波形のうち、前記ループ部の有する時間遅延よりも長い
時間の駆動波形を前記波形メモリから読み出し出力する
駆動波形読み出し部と、前記ループ部とから構成されて
おり、前記ループ部は前記駆動波形を一方の入力とする
加算器と、前記加算器出力に対して出力すべき楽音の音
高に対応した時間遅延と音高音を形成するための楽器の
共鳴特性とを付与した楽音波形を前記加算器の他方の入
力とするべくデジタルフィルタとから構成され、前記デ
ジタルフィルタは楽器の共鳴特性に対応したフィルタ特
性を有するものとした。 【００１１】 【発明の実施の形態】この構成によって、波形制御部は
楽音種類と音高とタッチに基づいて駆動波形を選択し、
駆動波形読み出し部は、選択された駆動波形を波形制御
部から指示される読み出しデータに従って波形メモリか
ら読み出し加算器へ出力する。加算器は、初期状態にお
いては零値であるデジタルフィルタの出力と駆動波形と
を加算した後これを出力する。デジタルフィルタは楽音
種類と音高とに基づいたフィルタ係数を用いて、加算器
出力をフィルタリングした後にこれを加算器入力として
出力する。 【００１２】以上の作用で、駆動波形は例えばクラリネ
ットのマウスピース部つまりリードの振動に相当し、デ
ジタルフィルタと加算器とで構成されたループ部の作用
はクラリネットの胴部つまり共鳴管内の振動に相当する
ものであり、タッチに応じた駆動波形を供給することが
できるので自然な楽音を得ることができる。以上におい
て、楽音の出力波形は、加算器の出力端あるいはデジタ
ルフィルタの出力端等の任意の予じめ定めた特定の点に
取付けられた出力端子から得られる。 【００１３】以下、本発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例に
おける波形合成装置の構成を示すものである。図１にお
いて、１はキーボード等の入力部、２は入力部１から送
出される楽音種類，音高，タッチの情報に対応した駆動
波形を出力する駆動波形発生部、６〜１１はデータの伝
送路、３は加算器、４はデジタルフィルタである。Ａ又
はＢを出力端子として、ここから出力楽音波形を得る。
５はループ部を示しており、加算器３とデジタルフィル
タ４と伝送路９１０とから構成される。１２は外部へ動
作タイミングを供給する基準クロック発生部である。 【００１４】以上のように構成された一実施例につい
て、以下その動作について説明する。まず、入力部へ出
力したい楽音が指示されると、入力部１は入力に対応し
て、楽音種類と音高タッチに関するデータを伝送路６へ
出力し、かつ、楽音種類と音高とに関するデータを伝送
路７へ出力する。キーオンあるいはキーオフと呼ばれる
楽音の出力開始あるいは終了に関するデータも当然なが
ら入力部１から伝送路６と７へ出力される。入力部１は
楽音指示入力に対応して変化するタッチに関するデータ
を伝送路６へ出力するものとする。 【００１５】駆動波形発生部２は伝送路６から入力され
る楽音種類と音高とタッチに関するデータに対応した駆
動波形を発生する。駆動波形発生部２は、例えば図２に
示すような構成で実現することができる。 【００１６】図２において、楽音種類に対応した複数の
駆動波形データを記憶した波形メモリ２０は、楽音種類
に対応して波形制御部２１から出力されるメモリ選択信
号によって特定の駆動波形データを選択される。他方に
おいて、波形制御部２１は音高に対応した一般に周波数
ナンバと呼ばれる固定クロック時の音程確立の為の数値
データを出力する。出力された周波数ナンバは、加算器
２５と伝送路３２によって構成される累算手段によって
波形メモリ２０内の選択された特定の駆動波形データを
読み出す為のアドレスデータが伝送路３２に送出され
る。波形メモリ２０は伝送路２９と３２とにより決まる
駆動波形データ１点を伝送路３４へ出力する。波形制御
部２１はタッチデータを伝送路２７へ出力する。２２と
２３は伝送路２７のタッチデータを適当な数値に変換
（スケーリング）する変換器であり、音高に対応するタ
ッチデータの変換器２２出力は、伝送路２８の周波数ナ
ンバを変化させるように乗算器２４において乗算され
る。一方、音量に対応するタッチデータの変換器２３出
力は、伝送路３４の駆動波形データを変化させるように
乗算器２６において乗算される。以上のようにして、伝
送路８へ出力される駆動波形データを最終的な駆動波形
と呼ぶことにする。以上において、各部の動作は基準ク
ロック発生部１２から伝送路１１へ出力されるクロック
に従うものとする。 【００１７】伝送路３２のビット数を適当に制限してお
くことにより、即ち、いわゆるリングカウンタとして使
用することにより伝送路８に送出される駆動波形は、波
形メモリ２０において選択された駆動波形データがタッ
チデータに対応して時間方向あるいは振幅方向に圧縮・
伸張されながらくり返して得られる波形になる。 【００１８】図２は本発明を構成する駆動波形発生部２
に関する一実施例を示すものであり、これ以外に公知の
技術を使用して、例えば波形メモリ２０を使用せずに駆
動波形データを演算により関数発生させることも可能で
あることを付け加えておく。 【００１９】伝送路８に出力された駆動波形は図１の加
算器３を経た後にデジタルフィルタ４へ出力される。こ
こで、加算器３へのもう一方の入力即ちデジタルフィル
タ４の出力は初期においては零値に設定されているもの
とする。デジタルフィルタ４においてフィルタリングさ
れた駆動波形は伝送路１０へ出力された後に加算器３に
よって駆動波形と加算されることになる。デジタルフィ
ルタ４と加算器３は伝送路１１のクロックに対応して動
作するものとする。 【００２０】上述の動作中に、出力楽音波形は図１のＡ
あるいはＢの出力端子から得られる。本実施例における
構成では、駆動波形を、例えばクラリネットのリードの
振動波形とした場合において、ループ部５はクラリネッ
トの胴部つまり共鳴管に相当するため、リードの振動波
形によって駆動されるクラリネットの共鳴管の出力が合
成されることとなる。 【００２１】図１のＡを出力端子とすれば、クラリネッ
トのマウスピース直下に、ピックアップマイクロホンを
取り付けて得られる音の楽音波形が、また図１のＢを出
力端子とすれば、クラリネット胴部の任意の点にピック
アップマイクロホンを取り付けた音の楽音波形が得られ
ることとなる。 【００２２】図３に、デジタルフィルタ４に関する一実
施例を示す。伝送路７から入力される楽音の音高に対応
してデジタルフィルタ制御部３０はシフトレジスタ３１
の遅延時間即ち段数ｍを制御すると共に、乗算器３３と
３４の乗算のための係数Ｃ1とＣ2とを出力する。伝送路
１１のクロックの個数にして、例えば１０個に相当する
音高の楽音を得るためには、例えばＣ1＝１，Ｃ2＝０，
ｍ＝１０とする。又、クロック１０．５個に相当する音
高の楽音を得るためには、例えば、Ｃ1＝０．５，Ｃ2＝
０．５，ｍ＝１０とする。 【００２３】即ち、出力したい楽音の音高に対応するク
ロック数つまり波形データ数をＰとする時、Ｐを越えな
い最大の正数数値としてｍを決定し、さらに下式により
Ｃ1，Ｃ2を決定する。 Ｘ＝Ｐ−ｍ Ｃ1≦（１−Ｘ）・Ｋ ・・・・（１） Ｃ2≦Ｘ・Ｋ 上述の例では、（１）式におけるＫの値を１としたが、
このままでは駆動波形によっては当然ながらループ部５
において波形データ値が急速に増大して発振状態になる
ので、Ｋの値としては０．１以下とすることが望まし
い。 【００２４】なお、図３は一実施例であり、この他にも
公知のデジタルフィルタ技術を使用することも可能であ
る。 【００２５】図５にデジタルフィルタ４としてトランス
バーサルフィルタを用いた例を示す。 【００２６】図５において、デジタルフィルタ制御部３
０は、伝送路７から入力される楽音の種類に対応した係
数列を発生する。この係数列は、実際の楽器、例えばク
ラリネットの胴部つまり共鳴管のインパルスレスポンス
に対応する。従ってこの場合、公知のデジタルフィルタ
技術を用いて、駆動波形を、クラリネットから実際に出
力される楽音波形に対して共鳴管のインパルスレスポン
スを逆畳み込み演算することによって得ることができ
る。この係数列を音高に対応して再配分する。即ち、例
えば係数列が１０個であるインパルスレスポンス測定時
の音高の１オクターブ下の音高の音を出力する時には係
数列が２０個になるように、例えば線型補間を施こるこ
とにより、前述の１０個の係数からなる係数列から２０
個の係数を得ることを再配分と呼ぶ。このようにして得
られた係数列をＺ-1で示される単位時間遅れ要素からの
出力に対して出力し、これらをそれぞれ乗算する。 【００２７】このようにすれば、クラリネットのような
定常的楽音あるいはピアノのような減衰系の楽音につい
ても音高を規定する遅延時間長とは無関係の長さの駆動
波形を使用することが可能であるので、出力楽音の音高
に対して非整数次の高調波成分を発生することができ
る。 【００２８】以上のように本実施例によれば、駆動波形
発生部２から出力される駆動波形は、タッチに関するデ
ータに対応して音高と音量とが変化するので実際の楽器
の駆動波形に相当しており、さらにループ部５における
デジタルフィルタ４は実際の楽器の胴部（共鳴系）に相
当して一定した音高に対応するフィードバックループを
持つために、それらを加算器３により干渉させて、実際
の楽器の発音状態に近い合成系を構成しているので、自
然な音を得ることができる。さらに、デジタルフィルタ
としてトランスバーサルフィルタを用いることにより、
係数の調整のみにより、結果的に遅延段数も同時に制御
することが可能となる。 【００２９】以下、本発明の他の実施例について図面を
参照しながら説明する。図４において、４０と４１はそ
れぞれ第１と第２のデジタルフィルタ、Ｂは出力端子で
ある。ループ部５以外は第１の実施例と同様に、図１の
ように構成される。 【００３０】以上のように構成された第２の実施例につ
いて、以下その動作について説明する。 【００３１】加算器３から出力された波形データは第１
のデジタルフィルタでフィルタリングされた後に、出力
端子Ｂから出力楽音波形として出力されるとともに第２
のデジタルフィルタ４１でフィルタリングされる。 【００３２】ここで、第１と第２のデジタルフィルタは
同一のあるいは逆位相の特性をもつようにし、かつ、第
１と第２のデジタルフィルタに含まれる遅延時間は出力
すべき楽音の音高に対応するクロック数Ｐの半分あるい
はＰに等しいものとする。 【００３３】以上のように本実施例によればデジタルフ
ィルタ処理を第１と第２のデジタルフィルタの２つに分
割し、第１のデジタルフィルタの出力を出力楽音波形と
するので、実際の楽器における進行波と反射波とに相当
する第１と第２のデジタルフィルタ間において、より楽
器音に近い自然な音を得ることができる。 【００３４】 【発明の効果】本発明は、駆動波形読み出し部から出力
される駆動波形のタッチに応じて変化する読み出し速度
と音高に対応したデジタルフィルタの時間遅延とを別個
に制御しながら、駆動波形とデジタルフィルタを通過し
てフィルタリングされた波形とを加算するので、実際の
楽器と同様に、駆動部と胴部即ち共鳴器との干渉と同様
の状態を実現することができるため、タッチに応じた駆
動波形の変化に対応した自然な楽器音を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施例における波形合成装置の
ブロック図 【図２】本発明に係る駆動波形発生部の例示的なブロッ
ク図 【図３】本発明に係るデジタルフィルタの例示的なブロ
ック図 【図４】本発明の第２の実施例における波形合成装置の
ブロック図 【図５】本発明に係るデジタルフィルタの例示的なブロ
ック図 【図６】従来の波形合成装置のブロック図 【符号の説明】 １ 入力部 ２ 駆動波形発生部 ３ 加算器 ４ デジタルフィルタ ５ ループ部 １２ 基準クロック発生部 ２０ 波形メモリ ２１ 波形制御部 ２５ 加算器 ２６ 乗算器

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．楽器の共鳴部即ちループ部を駆動するための駆動波
   形を記憶する波形メモリと、指示された楽音の発音指示
   にしたがって楽音の発音中は出力すべき楽音の種類と音
   高とタッチに対応して前記波形メモリに記憶された駆動
   波形を選択する波形制御部と、前記波形制御部からの指
   示に従って前記選択された駆動波形のうち、前記ループ
   部の有する時間遅延よりも長い時間の駆動波形を前記波
   形メモリから読み出し出力する駆動波形読み出し部と、
   前記ループ部とから構成されており、前記ループ部は前
   記駆動波形を一方の入力とする加算器と、前記加算器出
   力に対して出力すべき楽音の音高に対応した時間遅延と
   音高音を形成するための楽器の共鳴特性とを付与した楽
   音波形を前記加算器の他方の入力とするべくデジタルフ
   ィルタとから構成され、前記デジタルフィルタは楽器の
   共鳴特性に対応したフィルタ特性を有するものとした波
   形合成装置。