JP2671648B2

JP2671648B2 - ディジタルデータの補間装置

Info

Publication number: JP2671648B2
Application number: JP3165658A
Authority: JP
Inventors: 昇山岡
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JPH0511761A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時系列に発生されるデ
ィジタルデータを補間するディジタルデータの補間装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子楽器において、発音すべき楽
音の振幅や波形あるいはピッチなどのアナログ量を処理
するために、種々の時系列なディジタルデータを扱うデ
ィジタル処置が行われている。

【０００３】図９は、この種の電子楽器の一例を示すブ
ロック図であり、鍵盤ａで押鍵があると押鍵検出部ｂは
キーコードとキーオンを発生し、ピッチデータ発生部ｃ
はキーコードに対応するピッチデータを発生してこのピ
ッチデータを補間回路ｄを介して波形発生部ｅに出力す
る。

【０００４】一方、ベンドホイールｆは楽音のピッチを
変化させるために操作され、ベンドホイール検出部ｇは
ベンドホイールｆの操作状態に応じたピッチ制御データ
を発生してこのピッチ制御データを補間回路ｈを介して
ピッチデータ発生部ｃに出力する。

【０００５】波形発生部ｅは入力されるピッチデータに
応じた波形データを発生して補間回路ｉを介して乗算器
ｊに出力し、エンベロープ発生部ｋは楽音の振幅に対応
するエンベロープデータを発生して補間回路ｍを介して
乗算器ｊに出力する。

【０００６】そして、乗算器ｊによって波形データにエ
ンベロープデータが乗算され、振幅が制御された波形デ
ータが得られる。この波形データはＤ／Ａコンバータｎ
でアナログ信号に変換され、サウンドシステムｏで楽音
が発生される。

【０００７】上記ピッチデータ、ピッチ制御データ、波
形データ、エンベロープデータは、それぞれ時系列のデ
ィジタルデータであり、各補間回路ｄ，ｈ，ｉ，ｍによ
って補間される。なお、この種のディジタルデータの補
間には、例えば特開昭６１−１０７２９８号公報に開示
されているようなディジタルローパスフィルタなどが用
いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなディジタルローパスフィルタは、入力されるディ
ジタルデータの値に追随するデータ値を補間データとし
て出力すため、フィルタ特性が入力データの特性に合っ
たものでないと上手く補間することができないという問
題がある。

【０００９】例えば、変化の大きな時系列データに対し
てフィルタの時定数が長すぎるときは図８(A) に示した
ように補間データＨが実際のデータＥに上手く追随しな
い。また、図８(B) に示したように変化の小さい時系列
データＥに対してフィルタの時定数が短いときは、階段
状の補間データＨとなってしまう。本発明は、時系列に
発生されるディジタルデータに対して、このディジタル
データの特性が変化しても適性に補間できるようにする
ことを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明のディジタルデータの補間装置は、時
系列に入力されるディジタルデータの変化率を求める変
化率演算手段と、時定数が可変なディジタルフィルタで
構成され、入力されるディジタルデータを該時定数に応
じた特性で補間して補間データを出力する補間回路と、
前記変化率演算手段で求めた変化率に応じて上記補間回
路の時定数を設定する時定数設定手段とを備えることを
特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明のディジタルデータの補間装置におい
て、前記補間回路におけるディジタルフィルタの時定数
は、変化率演算手段で求めたディジタルデータの変化率
に応じて設定される。このディジタルデータの変化率が
大きいときは補間データの追随性が良くなり、変化率が
小さいときはディジタルデータの変化点に追随すること
なく滑らかな補間データとなる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明実施例の補間装置を示すブロッ
ク図である。この補間装置は電子楽器におけるエンベロ
ープ発生装置に適用したものであり、エンベロープ発生
装置１は、発音すべき楽音の振幅に対応するディジタル
値のエンベロープデータｅ(i) を所定の周波数ｆ₁で時
系列に出力する。例えば、この電子楽器でピアノの楽音
を発生する場合は、図５に示したようなエンベロープ値
を所定の周期でサンプリングした数値データをエンベロ
ープデータｅ(i) として出力する。

【００１３】この場合エンベロープ値は、押鍵直後のア
タック部Ａで立ち上がり、その最大振幅からのディケイ
部Ｄで比較的速い速度で減衰し、ディケイ部Ｄに続くサ
スティン部Ｓで緩やかに減衰する。また、離鍵などによ
って楽音を消音するときはリリース部Ｒでディケイ部Ｄ
またはサスティンブロックＳの途中から急激に減衰す
る。このように、エンベロープデータｅ(i) の変化率
（絶対値）は、アタック部Ａ、ディケイ部Ｄおよびリリ
ース部Ｒでは大きく、サスティン部Ｓでは小さくなる。

【００１４】一方、発音すべき楽音の波形データは、図
示しない装置により、例えば波形メモリから読み出した
データを補間することにより時系列のディジタルデータ
として一定の周波数ｆ₀で出力されるが、この波形デー
タの周波数ｆ₀はエンベロープ発生装置１から出力され
るエンベロープデータｅ(i) の周波数ｆ₁より高くなっ
ている。また、波形データにエンベロープの値を乗算す
ることにより、振幅制御されたディジタル楽音信号が得
られる。

【００１５】そこで、補間回路２によりエンベロープデ
ータｅ(i) を波形データと同じ周波数ｆ₀で補間し、波
形データと同じ分解能の補間データを生成する。なお、
エンベロープデータの周波数ｆ₁と波形データのサンプ
リング周波数ｆ₀は、例えばｆ₁＝１ kHz、ｆ₀＝５０
kHzとなるように設定されている。

【００１６】補間回路２は、減算器２１、乗算器２２、
加算器２３およびレジスタ２４から構成されており、エ
ンベロープ発生装置１からのエンベロープデータｅ(i)
は被減数データとして減算器２１に入力され、乗算器２
２によって減算器２１の減算出力にフィルタ係数τが乗
算され、この乗算出力は加算器２３に入力される。さら
に、加算器２３の加算出力はレジスタ２４に入力され、
このレジスタ２４にラッチされたデータは、減数データ
として減算器２１に入力されるとともに加算データとし
て加算器２３に入力される。

【００１７】この補間回路２は前記波形データの周波数
ｆ₀で動作し、図２に示したように、エンベロープ発生
装置１が周波数ｆ₁でラッチしているエンベロープデー
タｅ(i) を周波数ｆ₀のエンベロープデータｅ(i,k) と
して取り込み、このエンベロープデータｅ(i,k) に対し
て同図に示したような補間データｈ(i,k) を出力するす
なわち、補間回路２はローパスフィルタとなる。

【００１８】ここで、このローパスフィルタの時定数
は、時定数制御部３から乗算器２２に設定されるフィル
タ係数τによって決まる。なお、フィルタ係数τは０＜
τ＜１の範囲の値であり、このフィルタ係数τの値が
「０」側に変化すると図２の一点鎖線Ｌ１のようにな
り、「１」側に変化すると一点鎖線Ｌ２のようになる。

【００１９】一方、時定数制御部３は、エンベロープ変
化率計算装置３１、ｎ段シフトレジスタ３２、加算器３
３、減算器３４、レジスタ３５および時定数変換装置３
６から構成されており、補間回路２における時定数を設
定するためのフィルタ係数τを出力する。

【００２０】エンベロープ変化率計算装置３１は、エン
ベロープ発生装置１からのエンベロープデータｅ(i) に
ついて現在のデータと一つ前のデータとの差分ΔＳ(i)
＝ｅ(i+1) −ｅ(i) を演算し、この差分ΔＳ(i) はエン
ベロープデータｅ(i) の変化率としてｎ段シフトレジス
タ３２および加算器３３に入力される。

【００２１】また、ｎ段シフトレジスタ３２の出力は減
数データとして減算器３４に入力され、加算器３３の加
算出力は被減数データとして減算器３４に入力される。
さらに、減算器３４の減算出力はレジスタ３５に入力さ
れ、レジスタ３５にラッチされたデータは加算器３３と
時定数変換装置３６に入力される。

【００２２】そして、この時定数制御部３はエンベロー
プ発生装置１が出力するエンベロープデータｅ(i) の周
波数ｆ₁と同じ周波数で動作し、ｎ段シフトレジスタ３
２は順次入力される差分ΔＳを順にｎ段遅延して減数デ
ータとして減算器３４に順次出力し、加算器３３は差分
ΔＳとレジスタ３５で１段遅延したデータを加算し、こ
の加算値を被減数データとして減算器３４に出力する。

【００２３】したがって、レジスタ３５にラッチされる
データは、エンベロープ変化率計算装置３１から順次出
力される差分ΔＳの連続するｎ個の変化率の総和Ｓとな
り、この総和Ｓは、周波数ｆ₁で時定数変換装置３６に
順次入力される。

【００２４】時定数変換装置２６は、入力される変化率
の総和Ｓをｎ段シフトレジスタ２２のシフト段数ｎで除
算することにより、エンベロープデータｅ(i) のｎ個の
区間についての平均変化率Ｓ／ｎを順次求め、この平均
変化率Ｓ／ｎに対応するフィルタ係数τを周波数ｆ₁で
乗算器２１に順次出力する。ここで、フィルタ係数τと
平均変化率Ｓ／ｎとの関係は予め設定されており、平均
変化率Ｓ／ｎが大きいときはフィルタ係数τを大きく
し、平均変化率Ｓ／ｎが小さいときはフィルタ係数τを
小さくする。

【００２５】例えば、エンベロープデータの変化Ｌとこ
れに対する最良のフィルタ係数τｂとの関係を、τｂ＝
Ｒ（Ｌ）なる関数Ｒとして求め、τ＝Ｒ（Ｓ／ｎ）によ
って平均変化率Ｓ／ｎに対するフィルタ係数τを求める
ようにしてもよい。なお、この関数Ｒ（ｘ）の簡単なも
のとしてビットシフトするものがある。

【００２６】上記のように、エンベロープデータｅ(i)
の変化率に応じてフィルタ係数τが適性なものに設定さ
れるので、例えば、図３(A) に示したようにエンベロー
プデータｅ(i) の変化が大きいときは補間データｈ(i,
k) が上手く追随し、図３(B)に示したようにエンベロー
プデータｅ(i) の変化が小さいときに補間データｈ(i,
k)が階段状になるのを防止することができる。

【００２７】なお、エンベロープ発生装置１と補間回路
２との間に時定数制御部３と同じ周波数ｆ₁で動作する
例えばｎ／２段のシフトレジスタを設け、補間回路２に
入力されるエンベロープデータｅ(i) を所定量（この場
合はｎ／２段）遅延させるようにしてもよい。このよう
にすると、補間回路２は、現在入力されているエンベロ
ープデータｅ(i) について、このエンベロープデータｅ
(i) を含む前後略ｎ／２段のエンベロープデータｅ(i)
による平均変化率Ｓ／ｎに基づいて補間を行うことがで
きる。

【００２８】上記の実施例は本発明をエンベロープデー
タの補間に適用したものであるが、前記図９について説
明した他の補間回路にも適用することができる。また、
上記の実施例では単に変化率の総和Ｓをとるようにして
いるが、和を取るときに各々に重みを乗算するようにし
てもよい。

【００２９】さらに、上記実施例の時定数制御部３で
は、エンベロープデータｅ(i) の変化率ΔＳのｎ個の平
均変化率Ｓ／ｎによってフィルタ係数τを生成するよう
にしているが、例えば図４に示したように、加算器３
７、乗算器３８およびレジスタ３９でローパスフィルタ
を構成し、このローパスフィルタによってエンベロープ
変化率計算装置３１からの変化率ΔＳを平均化し、この
平均化した変化率に応じて時定数変換装置３６でフィル
タ係数τを生成するようにしてもよい。

【００３０】図６は本発明を波形切換補間に適用した実
施例を示すブロック図である。波形メモリ４には、例え
ば前記図５に示したエンベロープのアタック部Ａ、ディ
ケイ部Ｄ、サスティン部Ｓおよびリリース部Ｒの各部に
対応する波形の異なる波形データＥ₀，Ｅ₁，…がそれ
ぞれ記憶されている。

【００３１】この波形メモリ４の各波形データＥ₀，Ｅ
₁，…はデータのサンプル点数を共にｍとした１周期分
（周期Ｔ）のデータであり、楽音の発生時にはそれぞれ
１周期分の波形データが周期Ｔで繰り返して読み出され
る。そして、エンベロープの各部に対応して発音すべき
楽音を変えるときには読み出す波形データを例えばＥ ₁
からＥ₂のように切り換えられる。

【００３２】しかしながら、単に波形データを切り換え
ただけでは、波形が急激に変化するので不自然な楽音が
発生してしまう。そこで、例えば図７に示した時刻ｔ，
ｔ＋ｍＴ，ｔ＋２ｍＴ，…，ｔ＋５ｍＴ，…のデータ値
Ｄ１，Ｄ２などのように、波形データＥ₁と波形データ
Ｅ₂の同じ位相におけるデータ値について、各位相毎に
それぞれデータを補間するようにしている。

【００３３】すなわち、この実施例における補間すべき
時系列データは、順次読み出される波形データの同位相
のデータによるデータ列であり、各位相に対応するデー
タ列をそれぞれ補間することにより波形の補間を行うも
のである。なお、このような波形切換補間の技術は、例
えば特開昭６１−１０７２９８号公報に開示されてい
る。

【００３４】図６において、鍵盤５で押鍵があると押鍵
検出回路５ａはキーコードＫＣとキーオン信号ＫＯＮを
発生し、アドレス発生器６は各波形データＥ₀，Ｅ₁，
…におけるサンプル点（位相）に対応するアドレスデー
タＡＤ１（０）〜ＡＤ（ｍ−１）と、各波形データ
Ｅ₀，Ｅ₁，…を指定するアドレスデータＡＤ２
（０），ＡＤ２（１），…を発生する。

【００３５】そして、これらのアドレスデータＡＤ１，
ＡＤ２によって波形メモリ４から所定の波形データＥが
出力され、読み出された波形データＥはローパスフィル
タ７と時定数制御部８に入力される。

【００３６】ローパスフィルタ７は、減算器７１、乗算
器７２、加算器７３およびｍ段シフトレジスタ７４から
構成されており、サンプル点数がｍである波形データＥ
について、同位相のデータからなる複数のデータ列に対
してそれぞれ独立なフィルタとして機能し、乗算器７２
に設定されるフィルタ係数τに応じてデータ列毎にデー
タの補間を行う。

【００３７】例えば、図７のＤ１のデータ列からＤ２の
データ列への変化のように同位相のデータ列において急
激に変化するデータを、徐々に変化する周期Ｔのデータ
列に変える。この機能は各位相に対応する同位相のデー
タ列についても同様に働くため、波形が徐々に変化する
ように補間される（特開昭６１−１０７２９８号公報参
照）。

【００３８】なお、ローパスフィルタ７で補間された波
形データには、乗算器９によってエンベロープ発生器１
０からのエンベロープデータが乗算され、これによって
振幅が制御された波形データがＤ／Ａコンバータ１１で
アナログ信号に変換され、サウンドシステム１２で楽音
が発生される。

【００３９】時定数制御部８において、波形変化率計算
装置８１は、サンプル点数ｍの波形データの同位相のデ
ータ列における変化率ΔＳを演算し、加算器８２、乗算
器８３およびｍ段シフトレジスタ８４は、各同位相のデ
ータ列における変化率ΔＳに対してそれぞれ独立なロー
パスフィルタとして機能する。そして、時定数変換装置
８５は、波形データの各位相毎に、前記実施例の時定数
変換装置３６と同様に平均化された差分ΔＳに応じたフ
ィルタ係数τを出力する。

【００４０】このように、この実施例では波形データに
おける同位相データの変化率に応じてフィルタ係数τが
適性なものに設定されるので、波形の変化が大きいとき
はこの波形の変化に上手く追随して切換補間を行うこと
ができ、波形の変化が小さいときも滑らかな切換補間を
行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、時
系列に入力されるディジタルデータを補間する補間回路
を時定数が可変なディジタルフィルタで構成し、時系列
に入力されるディジタルデータの変化率を求め、この変
化率に応じた時定数を補間回路のディジタルフィルタに
設定してディジタルデータの補間を行うようにしたの
で、ディジタルデータの変化率が大きいときは補間デー
タの追随性が良くなり、変化率が小さいときはディジタ
ルデータの変化点に追随することなく滑らかな補間デー
タとなる。したがって、ディジタルデータの特性が変化
しても適性に補間することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の補間装置を示すブロック図であ
る。

【図２】実施例におけるエンベロープデータと補間デー
タとの関係を説明する図である。

【図３】実施例における補間データの様子を示す図であ
る。

【図４】他の実施例に用いるローパスフィルタの一例を
示す図である。

【図５】実施例におけるエンベロープ形状の一例を示す
図である。

【図６】本発明を波形切換補間に適用した他の実施例を
示すブロック図である。

【図７】同実施例における波形データの一例を示す図で
ある。

【図８】従来の補間回路における補間データの様子を示
す図である。

【図９】本発明に係わる電子楽器のブロック図である。

【符号の説明】

１…エンベロープ発生装置、２…補間回路、３，８…時
定数制御部、４…波形メモリ、７…ローパスフィルタ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】時系列に入力されるディジタルデータの
変化率を求める変化率演算手段と、時定数が可変なディ
ジタルフィルタで構成され、入力されるディジタルデー
タを該時定数に応じた特性で補間して補間データを出力
する補間回路と、前記変化率演算手段で求めた変化率に
応じて上記補間回路の時定数を設定する時定数設定手段
とを備えることを特徴とするディジタルデータの補間装
置。