JP3659121B2 - 楽音信号の分析・合成方法、楽音信号合成方法、楽音信号合成装置および記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子楽器、アミューズメント機器等、楽音を発生する装置に用いられる楽音信号の分析・合成方法等に関し、特に自然楽器音を再現する電子楽器等に用いて好適な楽音信号の分析・合成方法、楽音信号合成方法、楽音信号合成装置および記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、楽音信号を生成するために波形メモリ音源が用いられている。その一種として、エンベロープ付きの複数周期波形を記録しそれを一通り読み出して楽音波形を生成するものが知られている。しかし、この方式によれば多大なメモリ容量が必要になるため、コスト的に制約のある場合には、ループ波形を記録しそれを繰返し読み出しつつエンベロープを付与する方式が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自然楽器が発生する音には、その楽器特有の物理的原因によるノイズ成分が含まれており、このノイズ成分が各楽器特有の表情を生み出す一因になっている。しかし、比較的短いループサイズで自然楽器の楽音波形（ループ波形）を記録し、これを繰返し再生すると、このノイズ成分が耳につくという不具合があった。すなわち、ループ波形を繰返し再生すると、当然に同一のノイズ成分が繰返し再生されるため、本来のノイズ成分とは異なるビート音が聞こえてしまう問題があった。
【０００４】
例えばサックス音の場合、ループサイズが短い場合はノイズ成分がブザーのように聞こえ、ややループサイズを大きくした程度ではジッタ−のように聞こえてしまう。このため、自然なノイズ成分を再生するためには、ループサイズを相当に大きく設定する必要がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、自然なノイズ成分を楽音信号に付与できる楽音信号の分析・合成方法、楽音信号合成方法、楽音信号合成装置および記録媒体を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の構成にあっては、原波形の周波数成分を分析する過程（ＦＦＴ解析処理部３４）と、該分析結果に基づいて、時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分（５０）を抽出する過程（減算部４６）と、該ノイズ成分に基づいてノイズ成分波形データを第１メモリに記憶する過程（ノイズ波形作成部４８）と、前記原波形の周期成分に基づいて時間軸上で連続的な周期成分を抽出する過程（連続成分分離部３６）と、該抽出した周波数成分に基づいて周期成分波形データを第２メモリに記憶する過程（波形作成部３８）と、所望の音高に応じた速度で変化する読出しアドレスを発生する過程（アドレス発生部６２）と、該読出しアドレスにより前記第２メモリから前記周期成分波形データを繰り返し読み出し、読み出した周期成分波形データに基づいて周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程（周期波形発生部６０）と、前記読出しアドレスが所定のトリガ値になったことを検出すると、トリガ信号を発生するトリガ信号発生過程（同期制御部１０２）と、該トリガ信号の発生に応じて、前記第１メモリから前記ノイズ成分波形データを読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程（ノイズ波形発生部８０）と、生成した周期成分信号とノイズ成分信号とを合成する合成過程（混合＆再生部１１２）とを有することを特徴とする。
また、請求項２記載の構成にあっては、時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分のノイズ成分波形データを記憶する第１メモリ（ノイズ成分メモリ８４）と、時間軸上で連続的な周波数成分である周期成分の周期成分波形データを記憶する第２メモリ（周期成分メモリ６４）とを読み出して楽音信号を合成する楽音信号合成方法において、音高に応じた速度で変化する読出しアドレスを発生する過程（アドレス発生部６２）と、該読出しアドレスにより前記第２メモリから前記周期成分波形データを繰り返し読み出し、読み出した周期成分波形データに基づいて周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程（周期波形発生部６０）と、前記読出しアドレスが所定のトリガ値になったことを検出すると、トリガ信号を発生するトリガ信号発生過程（同期制御部１０２）と、該トリガ信号の発生に応じて、前記第１メモリから前記ノイズ成分波形データを読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程（ノイズ波形発生部８０）と、生成した周期成分信号とノイズ成分信号とを合成する合成過程（混合＆再生部１１２）とを有することを特徴とする。
また、請求項３記載の構成にあっては、時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分のノイズ成分波形データを記憶する第１メモリ（ノイズ成分メモリ８４）を読み出して楽音信号を合成する楽音信号合成方法において、時間軸上で連続的な周波数成分を有する周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程（周期波形発生部６０）と、該周期成分信号の位相が所定の位相になったか否かを判定する判定過程（同期制御部１０２／変形例(２)）と、該判定過程が前記周期成分信号の位相が所定の位相になったと判定したとき、前記ノイズ成分波形データを前記メモリから読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程（ノイズ波形発生部８０）と、生成されたノイズ成分信号と前記周期成分信号とを合成して楽音信号を生成する楽音信号生成過程（混合＆再生部１１２）とを有することを特徴とする。
さらに、請求項４記載の構成にあっては、請求項２または３記載の楽音信号合成方法において、前記第１メモリ（ノイズ成分メモリ８４）は、複数種類のノイズ成分波形データを記憶するものであり、前記ノイズ成分信号生成過程においては、該複数種類のノイズ成分波形データの何れかがランダムに選択されて読み出されることを特徴とする。
さらに、請求項５記載の構成にあっては、請求項２または３記載の楽音信号合成方法において、前記ノイズ成分信号生成過程において読み出されたノイズ成分波形データに対して、フィルタ係数に基づくフィルタ処理を施す過程（オールパスフィルタ８５）と、該フィルタ係数をランダムに設定する過程（係数発生器８７）とをさらに有することを特徴とする。
さらに、請求項６記載の構成にあっては、請求項２ないし５の何れかに記載の楽音信号合成方法において、前記第１メモリ（ノイズ成分メモリ８４）は、前記周期成分の１周期長の前記ノイズ成分波形データを記憶するものであることを特徴とする。
また、請求項７記載の構成にあっては、請求項１ないし６の何れかに記載の方法を実行することを特徴とする。
また、請求項８記載の構成にあっては、請求項１ないし６の何れかに記載の方法を実行するプログラムを記憶することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
１．第１実施形態
１．１．実施形態の原理
（１）自然楽器の楽音波形に含まれるノイズ成分
ここで、各種の自然楽器におけるノイズ成分の発生メカニズムを説明しておく。
まず、サックスを演奏すると、共鳴管の振動によってリードがマウスピースにぶつかるために、「バチバチ」というノイズが発生する。このノイズはリードの動きの１周期に１回（ないし数回）発生する。そこで、このノイズは、リードの動きの周期すなわち波形の周期に応じて発生していることが解る。
【０００７】
また、フルートを演奏すると、演奏者の吹き込んだ息が歌口にぶつかるときに乱気流が生じ、エッジノイズが発生する。これも、フルート自体の振動に関連するため、波形の周期とノイズとの間に関連性が生ずる。また、バイオリン等の擦弦楽器においては、弓が弦にスティックした状態ではノイズが発生しにくく、スリップした時に大きなノイズが発生する。このノイズもスリップ、スティックの周期、すなわち波形の周期に応じたノイズである。
【０００８】
（２）ノイズ成分の詳細
自然楽器の楽音波形をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析すると、この楽音波形の周波数成分は時間軸上で連続した周波数成分と、時間軸上で断続した周波数成分とに分離できる。そして、前者の周波数成分に基づいて波形合成すると楽音波形の「周期成分」が得られ、後者の周波数成分に基づいて波形合成すると楽音波形の「ノイズ成分（ビート音成分）」が得られる。
【０００９】
その一例を図１に示す。同図(a)はサックスの楽音波形（元波形）である。同図(b)はその周期成分、同図(c)はそのノイズ成分である。そして、図１(a)〜(c)を時間軸上で拡大した図を図２(a)〜(c)に示す。図２(b)において周期成分のピッチを求め、このピッチ周期毎にノイズ成分を切り分けると、同図(c)においてノイズ成分（ビート音成分）Ｎ１〜Ｎ４が得られる。
【００１０】
これらノイズ成分Ｎ１〜Ｎ４を振幅軸上および時間軸上でさらに拡大した波形を図３(a)〜(d)に示す。図３(a)〜(d)において横軸は、各周期におけるサンプル数を示す。これらの図を比較すると、１７０〜１９０サンプルあたりにノイズ成分のピークが存在し、その後にノイズ成分が減少してゆくことが解る。
【００１１】
１．２．実施形態のハードウエア構成
次に、本発明の第１実施形態による波形分析／合成システムのハードウエア構成を図４を参照し説明する。なお、本実施形態のハードウエアは汎用のパーソナルコンピュータによって構成されている。
【００１２】
図において１８はＭＩＤＩ＿Ｉ／Ｏボードであり、外部のＭＩＤＩ機器との間でＭＩＤＩ信号をやりとりする。２０はＣＰＵであり、後述する制御プログラムに基づいて、バス１６を介して波形分析／合成システム内の各部を制御する。２２はＲＯＭであり、イニシャルプログラムローダ等が格納されている。２４はＲＡＭであり、ＣＰＵ２０のワークメモリとして使用される。２６はハードディスクであり、オペレーティングシステム、波形分析／合成システムのアプリケーションプログラム、および波形データその他各種のデータを格納する。
【００１３】
２はネットワークＩ／Ｏボードであり、外部のネットワークに対して各種情報のやりとりを行う。４は表示器であり、ＣＰＵ２０の制御の下、ユーザに対して各種情報を表示する。６は操作子であり、キーボード、マウス、鍵盤等から構成され、ＣＰＵ２０に対して各種の情報を入力する。８はＦｓ（サンプリング周波数）発生器であり、ＣＰＵ２０から指示された周波数のサンプリングクロックを生成する。
【００１４】
１０はサウンドＩ／Ｏボードであり、外部から入力されたアナログの楽音波形を該サンプリングクロックに同期してサンプリングしデジタルの楽音波形に変換する一方、供給されたデジタルの波形データをアナログ信号に変換し出力する。このアナログ信号は、サウンドシステム１２を介して発音される。１４はＤＭＡコントローラであり、ＣＰＵ２０を介さずにサウンドＩ／Ｏボード１０とＲＡＭ２４との間でデジタルの波形データを転送する。
【００１５】
１．３．実施形態の動作
１．３．１．波形データ作成処理
パーソナルコンピュータ上でオペレーティングシステムを立ち上げ、さらに波形分析／合成システムのアプリケーションプログラムを立ち上げた後、ユーザが所定の操作を行うと、波形データ作成処理が実行される。その処理の詳細を図５を参照し説明する。なお、同図はＣＰＵ２０内で実行される処理（プログラム）の内容を機能ブロック図で示したものである。
【００１６】
図において３２は波形録音部であり、外部からサウンドＩ／Ｏボード１０を介して入力された波形データ３０をＲＡＭ２４内に格納する。３４はＦＦＴ解析処理部であり、この波形データ３０に対してＦＦＴ解析処理を行う。ここでは、まず原波形データに対して、そのピッチ周期８倍の長さの窓関数が施され、該窓関数の範囲内における周波数成分が解析される。
【００１７】
次に、窓関数の位置が時間軸上で該ピッチ周期の１／８だけ後ろにシフトされ、同様に周波数成分が解析される。この処理が原波形データ全体に対して繰り返えされると、時間軸上における周波数成分の変化が得られる。このようにして得られた一連の周波数成分は、時間軸上で連続している成分（決定論的周波数成分）と、それ以外の切れ切れの成分とに分類される。
【００１８】
３６は連続成分分離部であり、解析された各周波数成分の連続性に応じて、かかる分類を行う。４４は波形合成部であり、これら周波数成分のうち決定論的周波数成分のみに基づいて決定論的波形データ（すなわち図１(b)，図２(b)の周期成分波形データ）を出力する。次に、４６は減算部であり、原波形データから決定論的波形データを減算する。この減算結果は図１(c)，図２(c)におけるノイズ成分に相当する。
【００１９】
４８はノイズ波形作成部であり、減算部４６の減算結果すなわちノイズ成分を、決定論的波形データの周期の整数倍の長さ毎に切り出し、その結果をノイズ成分波形データ５０としてＲＡＭ２４に記憶する。なお、ノイズ成分波形データ５０の長さや数は、後述する波形合成処理の内容に応じて異なる。
【００２０】
また、４０はピッチ検出部であり、ＦＦＴ解析処理部３４の解析結果に基づいて原波形データのピッチを検出する。次に、４２はアドレス設定部であり、検出されたピッチに基づいて、周期成分波形データのための各種アドレスを決定する。ここで決定されるアドレスは、例えば、波形再生の最初に１回だけ読み出されるアタック部の先頭を示すアタックスタートアドレス、その後に繰返し読み出されるループ部の先頭および終端を示すループスタートアドレスおよびループスエンドアドレス等である。
【００２１】
次に、３８は波形作成部であり、決定論的周波数成分およびアドレス設定部４２において決定された各アドレスに基づいて、アタック部およびループ部の波形データを作成する。作成された波形データは周期成分波形データ５２としてＲＡＭ２４に記憶される。波形合成部４４と波形作成部３８では、いずれも決定論的周波数成分に基づいて波形データが作成されているが、波形作成部３８ではアタック部とループ部から構成される波形データを作成するため、波形合成部４４で作成される波形データとは多少異なる波形データとなっている。
【００２２】
すなわち、ループ部の波形データにはループの繰返し周期の整数倍の周波数成分（ループ調和成分と呼ぶ）しか含めることができない。そこで、波形作成部３８では以下のような方法でアタック部とループ部の波形データを作成している。まず、アタック部の波形データについては、決定論的周波数成分の中のループ調和成分に該当しない周波数成分について、アタック部の途中からアタック部の終わりにかけて徐々にフェードアウトするように加工し、その加工が行われた決定論的周波数成分により作成する。そして、ループ部の波形データは、決定論的周波数成分の中のループ調和成分に該当する周波数成分のみを選択的に使用して作成する。このようにして作成されたアタック部とループ部の波形データは、波形合成部４４において作成される決定論的波形データと極めて類似した音色であり、かつ、ループエンドからループスタートへのつながりの良い波形データとなっている。
【００２３】
１．３．２．波形合成処理
波形データが作成された後、操作子６またはＭＩＤＩ＿Ｉ／Ｏボード１８を介してＭＩＤＩイベントが入力されると、これに基づいて楽音波形が合成される。また、ネットワークＩ／Ｏボード２等を介して供給されたＳＭＦ（スタンダードＭＩＤＩフォーマット）ファイルを再生する場合においても、そのイベント情報に基づいて楽音波形が合成される。この波形合成処理の機能ブロック図を図６に示す。
【００２４】
図において６０は周期波形発生部であり、周期成分波形データ５２を記憶した周期成分メモリ６４と、この周期成分メモリ６４の読出しアドレスを発生させるアドレス発生部６２と、アドレス発生部６２から読み出された波形データに補間処理を施す補間部６６とから構成されている。
【００２５】
アドレス発生部６２は、アタックスタートアドレスから周期成分メモリ６４の読出しを開始し、読出しアドレスがループスエンドアドレスにまで達すると、読出しアドレスをループスタートアドレスに戻し、その後はループスタートアドレスないしループエンドアドレス間を繰返し読み出す。読出し速度は、音高すなわちＦナンバにより制御される。
【００２６】
なお、ループスタートアドレスからループエンドアドレスまでの長さは、一ないし数周期程度（ショートループ）である。一般的に、楽音波形は音域毎に異なるため、周期成分メモリ６４には、音域（例えば低音域、中音域、高音域）毎に異なる周期成分波形データ５２が記憶されている。そして、再生される波形データは、上記Ｆナンバに応じて決定される。
【００２７】
８０はノイズ波形発生部であり、周期波形発生部６０と同様にノイズ成分波形データ５０を記憶したノイズ成分メモリ８４と、このノイズ成分メモリ８４の読出しアドレスを発生させるアドレス発生部８２と、アドレス発生部８２から読み出された波形データに補間処理を施す補間部８６とから構成されている。
【００２８】
アドレス発生部８２は、所定のトリガ信号が供給されると、スタートアドレス乃至エンドアドレス間の波形データを１回だけ読み出す。その後、トリガ信号が入力されるまで処理が待機し、トリガ信号が供給される毎にスタートアドレス乃至エンドアドレス間の波形データを１回づつ読み出す。
【００２９】
１０２は同期制御部であり、アドレス発生部６２が発生するアドレスを監視し、これが所定のトリガ値になると（換言すれば、周期成分波形が所定の位相になると）、上記トリガ信号をアドレス発生部８２に供給する。これにより、ノイズ成分波形データは周期成分波形データに同期して生成されることになる。
【００３０】
ところで、ノイズ成分波形データ５０の１周期あたりの波形の例は図３(a)〜(d)に示した通りであるが、上述したようにノイズ成分波形には１７０〜１９０サンプルあたりにピークが存在する。この場合、上記ピークの部分がノイズ成分波形データの先頭に位置するように予め位相をずらしておく方が好適である。
【００３１】
これにより、「ノイズ成分波形データの先頭にはそのピークが存在する」との共通認識が形成されるため、同期制御部１０２に設定する「トリガ値」と付与されるノイズ成分との関係を直感的に把握することができる。このように、ピークの部分が先頭に位置するように位相が設定されたノイズ成分波形データと、周期成分波形データと、トリガ信号との関係を図１１に示しておく。
【００３２】
１１４は乱数発生部であり、アドレス発生部８２において使用される乱数を発生させる。ここで、ノイズ成分波形データ５０のスタートアドレスからエンドアドレスまでの長さは、ピッチに対して数十倍程度確保されている。これは、従来技術について説明した通り、ループサイズが短い場合はノイズ成分がブザーのように聞こえ、ややループサイズを大きくした程度ではジッタのように聞こえてしまうからである。
【００３３】
本実施形態においては、ノイズ成分波形データ５０は、周期成分波形データ５２の音域（例えば低音域、中音域、高音域）に対して一対一の音域毎に記憶されている。そして、Ｆナンバに応じて、各音域に対応するノイズ成分波形データ５０が読み出される。１０４，１０８はフィルタ部であり、生成された周期成分信号およびノイズ成分信号に対して各々フィルタリング処理を施す。
【００３４】
１０６，１１０はレベル制御部であり、フィルタリング処理後の信号のレベル調節を行う。１１２は混合＆再生部であり、レベル調整された両信号を混合し、楽音信号として出力する。これにより、該楽音信号は、サウンドＩ／Ｏボード１０、サウンドシステム１２を介して発音される。本実施形態においては、周期成分波形データが所定の位相になるときに、該周期成分波形より充分に長いノイズ波形データをトリガすることで、該周期成分波形に対してその位相に同期し、かつ、ブザーのような周期感の無い、自然なノイズを付与することができる。
【００３５】
２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態のハードウエア構成およびソフトウエア構成は、第１実施形態と同様である。
但し、ノイズ成分波形データ５０としては各音域毎に複数種類（１音域につき４〜６種類程度）づつ記憶されており、１個のノイズ成分波形データ５０の長さは１周期である。アドレス発生部８２は、同期制御部１０２からトリガ信号が供給される毎に、その時点のＦナンバに基づいて音域を判別する。
【００３６】
そして、乱数発生部１１４の出力に基づいて、当該音域内のノイズ成分波形データ５０の中から何れかをランダムに選択して再生する。本実施形態においては、第１実施形態と比較してノイズ成分メモリ８４の所要メモリ容量を大幅に削減できるが、複数のノイズ成分波形データ５０がランダムに選択されるため、ノイズ成分がブザーやジッタのように聞こえるような不具合を防止でき、自然なノイズ成分を楽音信号に付与することができる。すなわち、本実施形態においては、周期成分波形が所定の位相になるときに、複数のノイズ成分波形データからランダムに選択されたノイズ成分波形データを読み出すようになっているため、該ノイズ成分波形データが周期成分の周期と同程度の短い波形データであっても、第１実施形態と同様に、周期成分波形に対してその位相に同期し、かつ、ブザーのような周期感の無い、自然なノイズを付与することができる。
【００３７】
３．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態のハードウエア構成およびソフトウエア構成は、第２実施形態と同様である。
但し、ノイズ成分波形データ５０は、音量（またはベロシティ）範囲毎にさらに複数のグループに分類されている。すなわち、音域を３グループ（低音域、中音域、高音域）に分け、音量を３グループ（弱、中、強）に分類した場合には、ノイズ成分波形データ５０は全体で９グループに分類されることになる。また、周期成分波形データ５２も音域および音量に応じた種類だけ記憶されている。
【００３８】
そして、各グループ毎に４〜６種類程度のノイズ成分波形データ５０が記憶されることになる。本実施形態においても、１個のノイズ成分波形データ５０の長さは１周期である。アドレス発生部８２は、同期制御部１０２からトリガ信号が供給される毎に、その時点のＦナンバおよび音量に基づいて何れかのグループを選択する。
【００３９】
そして、乱数発生部１１４の出力に基づいて、そのグループ内のノイズ成分波形データ５０の中から何れかをランダムに選択して再生することになる。従って、本実施形態においては、第２実施形態と同様に、ノイズ成分波形データが周期成分の周期と同程度の短い波形データであっても、周期成分波形に対してその位相に同期し、かつ、ブザーのような周期感の無い、自然なノイズを付与することができる。さらに、本実施形態においては、音域および音量の相違に基づいてノイズ成分波形データ５０が選択されるから、周期成分波形の音域や音量に応じて変化するような一層自然なノイズ成分を楽音信号に付与することが可能である。
【００４０】
４．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態のハードウエア構成およびソフトウエア構成は、第２実施形態と同様である。
但し、第２実施形態におけるノイズ波形発生部８０に代えて、図７に示すノイズ波形発生部８１が設けられる。図７においてノイズ成分メモリ８４には、各音域毎に１個づつ、１周期長のノイズ成分波形データ５０が記憶されている。
【００４１】
そして、アドレス発生部８２にトリガ信号が供給されると、各時点におけるＦナンバに基づいて何れか一つのノイズ成分波形データ５０が読み出される。８５はオールパスフィルタであり、読み出されたノイズ成分波形データ５０の全帯域を通過させるが、フィルタ係数に基づいて各帯域毎に位相特性（遅延量）を異ならせる。８７は係数発生器であり、乱数発生部１１４の出力に基づいて、上記フィルタ係数をランダムに設定する。
【００４２】
従って、オールパスフィルタ８５を介して出力されるノイズ成分信号の波形は、同一のノイズ成分波形データ５０に基づく場合においても、その時々の位相特性に基づいてランダムに変化する。これにより、本実施形態においても、ノイズ成分波形データが周期成分の周期と同程度の短い波形データであっても、周期成分波形に対してその位相に同期し、かつ、ブザーのような周期感の無い、自然なノイズを付与することができる。なお、第３実施形態と同様に、音域に加えて音量に応じて波形データを切り換えるようにしてもよい。
【００４３】
５．第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態のハードウエア構成およびソフトウエア構成は、第２実施形態と同様である。但し、第２実施形態における波形データ作成処理（図５）および波形合成処理（図６）の内容は、各々図８および図９に示すように変形されている。
【００４４】
図８において５４はピッチ成分位相抽出部であり、決定論的周波数成分のピッチ成分を監視し、その位相を検出する。ここで、「ピッチ成分の位相」についてさらに詳細を説明しておく。ＦＦＴ解析処理部３４によって検出されるピッチ成分には、位相（または周波数）の「ゆらぎ」が存在する。
【００４５】
この「ゆらぎ」は、ＦＦＴ解析処理部３４に用いられる窓関数の幅を大きくすると、ピッチ成分のサイドローブとして観察することができる。しかし、本実施形態においては、窓関数幅はピッチ周期の８倍程度であるから、例えばＦＦＴ解析結果をスペクトルアナライザ等で観察すると、窓関数の位置をシフトしてゆくに従ってピッチ成分がゆらぐ様子を観察することができる。
【００４６】
ここで、ピッチ成分の位相の「ゆらぎ」の例を図１０に示しておく。ピッチ成分位相抽出部５４は、図１０の特性を各ピッチ周期Ｔ毎に切り取り、数個（４〜６個）程度のピッチ成分位相データＤ１，Ｄ２，……，Ｄｎを作成する。
【００４７】
次に、図９において８３はノイズ波形発生部であり、第２実施形態のノイズ波形発生部８１と比較すると、アドレス発生部８２とノイズ成分メモリ８４との間にアドレスＬＵＴ（ルックアップテーブル）８９が介挿されている点で異なる。また、ノイズ成分メモリ８４においては、第４実施形態と同様に、各音域毎に１個づつ、１周期長のノイズ成分波形データ５０が記憶されている。
【００４８】
第４実施形態と同様に、アドレス発生部８２にトリガ信号が供給されると、各時点におけるＦナンバに基づいて何れか一つのノイズ成分波形データ５０が読み出すためのアドレス信号がアドレス発生部８２から出力される。アドレスＬＵＴ８９においては、予めピッチ成分位相データＤ１，Ｄ２，……，Ｄｎが記憶されており、そのうち何れかが乱数発生部１１４の出力によってランダムに選択される。
【００４９】
すなわち、アドレスＬＵＴ８９においては、図１０の横軸における「ピッチ周期Ｔ」および縦軸における「位相２π」が共に「ピッチ周期のサンプル数」に対応するようにピッチ成分位相データがフォーマットされている。そして、アドレス発生部８２から供給されたリニアな（鋸歯状波状の）アドレス信号に対して、図１０に示したようなゆらぎが付与され、その結果が最終的なアドレス信号としてノイズ成分メモリ８４に供給されることになる。
【００５０】
このように本実施形態においては、ノイズ成分メモリ８４において同一のノイズ成分波形データが読み出される場合においても、その読出しアドレスの生成に用いられるピッチ成分位相データＤ１，Ｄ２，……，Ｄｎがランダムに変化するから、その時々の位相に基づいてノイズ成分信号はランダムに変化する。これにより、本実施形態においても、ノイズ成分波形データが周期成分の周期と同程度の短い波形データであっても、周期成分波形に対してその位相に同期し、かつ、ブザーのような周期感の無い、自然なノイズを付与することができる。なお、第３実施形態と同様に、音域に加えて音量に応じて波形データを切り換えるようにしてもよい。
【００５１】
６．変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
（１）第１および第２実施形態においては、音域（例えば低音域、中音域、高音域）毎にノイズ成分波形データ５０および周期成分波形データ５２を設けたが、周期成分波形データ５２のみを音域毎に設け、ノイズ成分波形データ５０は全音域において共通にしてもよい。これは、ノイズ成分波形データ５０の音域毎の相違は、比較的感知されにくいことに基づくものである。
【００５２】
（２）第２実施形態等においては、ノイズ成分波形データを読み出す速度は任意であり、周期成分波形のピッチとは独立に制御してもよい。
（３）第２実施形態等では、ノイズ成分波形データの長さを周期成分波形の１周期分としたが、２周期分、３周期分あるいは半周期分等、任意の長さとしてよい。但し、周期成分波形と同期したノイズであるため、周期成分波形の周期長と関連した長さにしておくと好適である。
【００５３】
（４）第２実施形態では、各音域毎に複数種類のノイズ成分波形データを記憶したが、音域毎の複数種類のノイズ成分波形データのうち一部の波形データを、異なる音域間で共通に使用するようにしてもよい。同様に、第３実施形態においては、各グループ毎に複数種類のノイズ成分波形データを記憶したが、グループ毎の複数種類のノイズ成分波形データのうち一部の波形データを、異なるグループ間で共通に使用するようにしてもよい。
【００５４】
（５）第２実施形態等の同期制御部１０２では、アドレス発生部６２のアドレス（周期成分波形の位相）が所定のトリガ値になるタイミングでトリガ信号を発生しているが、前記トリガ値に小さな乱数を加える等の方法によりそのタイミングを多少揺らすようにしてもよい。すなわち、周期成分波形の波形周期の中で、トリガの発生する位相が例えば０〜２０％程度ゆれるようにしてもよい。これは、自然楽器のノイズの発生タイミングにもゆらぎがあるからである。
【００５５】
（６）上記各実施形態においては、周期成分信号を波形メモリ音源によって構成したが、周期成分信号はＦＭ音源、物理モデル音源等、様々な音源方式を用いて良いことは言うまでもない。また、各実施形態において同期制御部１０２は周期波形発生用のアドレス発生部６２が発生するアドレスを監視し、これが所定のトリガ値になるとトリガ信号を発生していた。
【００５６】
しかし、トリガ信号を発生させる契機はこのアドレス値に限定されるものではなく、例えば周期成分信号のレベルや傾き等が所定の状態になった時にトリガ信号を発生するようにしてもよい。これは、周期波形発生部６０として波形メモリ音源以外の音源方式を採用する場合に特に好適である。
【００５７】
（７）上記各実施形態はハードウエア上で動作するソフトウエアによって波形分析／合成システムを実現したが、図４〜図９に示す各構成要素をハードウエアによって実現し、各種の電子楽器、その他アミューズメント機器に使用してもよい。また、上記実施形態に用いられるソフトウエアをＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク等の記録媒体に格納して頒布し、あるいは伝送路を通じて頒布することもできる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、時間軸上で連続的な周波数成分を有する周期成分信号を生成し、これにノイズ成分を付加するから、自然なノイズ成分を楽音信号に付与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 サックスの楽音波形の分析結果を示す波形図である。
【図２】 図１を時間軸上で拡大した波形図である。
【図３】 図２(c)のノイズ成分を周期成分のピッチ周期毎に切り分けた波形図である。
【図４】 本発明の各実施形態における波形分析／合成システムのハードウエアブロック図である。
【図５】 本発明の第１〜第４実施形態における波形データ作成処理のブロック図である。
【図６】 第１実施形態における波形合成処理のブロック図である。
【図７】 第２実施形態におけるノイズ波形発生部８１のブロック図である。
【図８】 第５実施形態における波形データ作成処理のブロック図である。
【図９】 第５実施形態における波形合成処理のブロック図である。
【図１０】 第５実施形態におけるノイズ波形発生部８３の動作説明図である。
【図１１】 ノイズ成分波形データと、周期成分波形データと、トリガ信号との関係を示す図である。
【符号の説明】
２０……ＣＰＵ、２２……ＲＯＭ、２４……ＲＡＭ、２６……ハードディスク、３０……波形データ、３２……波形録音部、３４……ＦＦＴ解析処理部、３６……連続成分分離部、３８……波形作成部、４０……ピッチ検出部、４２……アドレス設定部、４４……波形合成部、４６……減算部、４８……ノイズ波形作成部、５０……ノイズ成分波形データ、５２……周期成分波形データ、５４……ピッチ成分位相抽出部、６０……周期波形発生部、６２……アドレス発生部、６４……周期成分メモリ、６６……補間部、８０，８１，８３……ノイズ波形発生部、８２……アドレス発生部、８４……ノイズ成分メモリ、８５……オールパスフィルタ、８６……補間部、８７……係数発生器、１０２……同期制御部、１１２……混合＆再生部、１１４……乱数発生部。

Claims (8)

1. 原波形の周波数成分を分析する過程と、
   該分析結果に基づいて、時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分を抽出する過程と、
   該ノイズ成分に基づいてノイズ成分波形データを第１メモリに記憶する過程と、
   前記原波形の周期成分に基づいて時間軸上で連続的な周期成分を抽出する過程と、
   該抽出した周波数成分に基づいて周期成分波形データを第２メモリに記憶する過程と、
   所望の音高に応じた速度で変化する読出しアドレスを発生する過程と、
   該読出しアドレスにより前記第２メモリから前記周期成分波形データを繰り返し読み出し、読み出した周期成分波形データに基づいて周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程と、
   前記読出しアドレスが所定のトリガ値になったことを検出すると、トリガ信号を発生するトリガ信号発生過程と、
   該トリガ信号の発生に応じて、前記第１メモリから前記ノイズ成分波形データを読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程と、
   生成した周期成分信号とノイズ成分信号とを合成する合成過程と
   を有することを特徴とする楽音信号の分析・合成方法。
2. 時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分のノイズ成分波形データを記憶する第１メモリと、時間軸上で連続的な周波数成分である周期成分の周期成分波形データを記憶する第２メモリとを読み出して楽音信号を合成する楽音信号合成方法において、
   音高に応じた速度で変化する読出しアドレスを発生する過程と、
   該読出しアドレスにより前記第２メモリから前記周期成分波形データを繰り返し読み出し、読み出した周期成分波形データに基づいて周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程と、
   前記読出しアドレスが所定のトリガ値になったことを検出すると、トリガ信号を発生するトリガ信号発生過程と、
   該トリガ信号の発生に応じて、前記第１メモリから前記ノイズ成分波形データを読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程と、
   生成した周期成分信号とノイズ成分信号とを合成する合成過程と
   を有することを特徴とする楽音信号の合成方法。
3. 時間軸上で不連続な周波数成分であるノイズ成分のノイズ成分波形データを記憶する第１メモリを読み出して楽音信号を合成する楽音信号合成方法において、
   時間軸上で連続的な周波数成分を有する周期成分信号を生成する周期成分信号生成過程と、
   該周期成分信号の位相が所定の位相になったか否かを判定する判定過程と、
   該判定過程が前記周期成分信号の位相が所定の位相になったと判定したとき、前記ノイズ成分波形データを前記メモリから読み出し、読み出したノイズ成分波形データに基づいてノイズ成分信号を生成するノイズ成分信号生成過程と、
   生成されたノイズ成分信号と前記周期成分信号とを合成して楽音信号を生成する楽音信号生成過程と
   を有することを特徴とする楽音信号合成方法。
4. 前記第１メモリは、複数種類のノイズ成分波形データを記憶するものであり、
   前記ノイズ成分信号生成過程においては、該複数種類のノイズ成分波形データの何れかがランダムに選択されて読み出される
   ことを特徴とする請求項２または３記載の楽音信号合成方法。
5. 前記ノイズ成分信号生成過程において読み出されたノイズ成分波形デー タに対して、フィルタ係数に基づくフィルタ処理を施す過程と、
   該フィルタ係数をランダムに設定する過程と
   をさらに有することを特徴とする請求項２または３記載の楽音信号合成方法。
6. 前記第１メモリは、前記周期成分の１周期長の前記ノイズ成分波形データを記憶するものであることを特徴とする請求項２ないし５の何れかに記載の楽音信号合成方法。
7. 請求項１ないし６の何れかに記載の方法を実行することを特徴とする楽音信号合成装置。
8. 請求項１ないし６の何れかに記載の方法を実行するプログラムを記憶することを特徴とする記録媒体。

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