JPH0420192B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は電子楽音合成に関するものであり、特
に残響効果を発生させるための手段に関する。

先行技術の説明 時たまにしか音楽を聞かない人でも、或る楽器
がコンサートホールで演奏された時の楽器とその
同じ楽器が家庭で演奏された時の楽器との間の差
異を感知することができる。その音の主な違いの
１つは演奏会場の音響効果によつて発生される。
通常コンサートホールは、部分的に音を反射する
表面からの多数のエコーによつて生じる長い残響
時間を与える構造を有する。家庭では、じゆうた
ん、カーテンおよび“音響調節の（acoustical）”
天井が速やかにそのようなエコーを弱め、それに
より楽音に対しどちらかというと“無味乾燥な
（dry）”精彩を欠いた特性を発生する。

オルガンなどの電子鍵盤楽器は、大きな聴衆会
場の残響性をまねることを意図した残響装置を組
み入れることによつてより“実際に近い
（realistic）”音を出すということが長い間認めら
れてきた。残響効果を発生させるため最も一般的
に用いられている装置は、音響遅延線として働く
ように構成された金属ばね（spring）である。電
気楽音信号は、スピーカドライバに似た機能をも
つトランスジユーサによつてばねの機械的運動に
変換される。ばねの他端に位置する第２のトラン
スジユーサは機械的振動を電気信号に変換する。
遅延した出力信号の一部は入力信号へ加算され
て、もとの信号に対し所望する複数のエコーを発
生させるフイードバツクエコーパスを発生させ
る。

この機械的なばね残響装置は安価であるために
一般に用いられている。そのような装置が発生さ
せる音は、大きな聴衆会場の音響残響性とはあま
り似ていない機械的な音質特性を有する。

音楽システム用のデジタル技術におかれている
現在の重点に加えて、デジタル技術が残響効果に
応用されることは自明である。そのトランスジユ
ーサが非直線ひずみを発生させる機械的ばね遅延
線と異なり、デジタル記憶装置および信号遅延回
路は、種々のデジタルメモリ装置によつてひずみ
なしに達成することができる。デジタル残響につ
いての技術的水準の調査は、J.M.ムーラー
（Moorer）がコンピユータミユージツクジヤーナ
ル第３巻13−28頁（1979年６月）に発表した“現
在の音響ビジネスについて（About This
Reverberation Business）”と題する技術的論文
に見出される。

大部分のデジタル残響装置は、全通過デジタル
フイルタ又は櫛形フイルタとして構成されたユニ
ツト残響発生器の使用に基づいている。各ユニツ
ト残響発生器は信号遅延および信号減衰を生じさ
せる。多数のユニツト残響発生器からの出力は合
計されて、多数のエコーにより生じる残響効果を
与える。

第２のデジタル機械化方法は、シフトレジスタ
のようなデジタル記憶装置又はRAM（ランダム
アクセスメモリ）などのアドレス可能なメモリに
よつて単に機械的ばね音響遅延をまねることであ
る。

“電子楽器のためのエコー効果”と題する米国
特許第4194426号（特願昭54−18273号）には、楽
音は制御された反復速度で繰返されるが、鍵が、
楽器鍵盤から開放されるとピーク振幅が減少する
システムが説明されている。このエコー効果は反
復して減衰する振幅変調関数を発生させることに
より得られ、聴衆会場のような音響室内における
多数の反射により発生される残響に伴う音質効果
は発生させない。

発明の要約 本発明は、フイードバツク信号配置を使用する
ことによりデジタル楽音発生器における残響効果
を発生させるための装置を指向する。

米国特許第4085644号（特願昭51−93519）に説
明されている種類の複音シンセサイザにおいて
は、計算サイクルとデータ転送サイクルとが反復
して独立して実施され、楽音波形に変換されるデ
ータを与える。計算サイクルの期間中には、予め
選択された楽音を特徴づける何組かの記憶された
高調波係数を用いて離散的フーリエ変換算法を実
施することによつて主データセツトが発生され
る。この計算はいかなる楽音周波数とも非同期な
早い速度で行われる。フーリエ変換算法が必要と
する高調波係数および直交関数はデジタル形で記
憶されており、計算はデジタル的に行われること
が好ましい。計算サイクルの終了時には、主デー
タセツトはメモリ内にある。

計算サイクルに引きつづいて転送サイクルが開
始され、この転送サイクルの期間中に、主データ
セツトのデータは、多数の楽音発生器のうちの予
め選択された楽音発生器へ転送される。出力楽音
発生は計算サイクルおよび転送サイクルの期間中
途切れることなく継続される。転送されたデータ
は音調レジスタに記憶される。

多数の楽音発生器のうちの予め選択された楽音
発生器の各々の音調レジスタに記憶された主デー
タセツトは記憶装置から逐次反復して読出され、
Ｄ−Ａ変換器によりアナログ楽音波形に変換され
る。メモリアドレツシング速度は、楽音発生器に
関連した楽音ピツチの対応する基本周波数に比例
する。

主データセツトはまた転送されるエコーレジス
タに記憶され、エコーレジスタの１つは各楽音発
生器に関連している。楽音発生のレリーズフエー
ズの期間中に、音調レジスタから読出されたデー
タはエコーレジスタに記憶されたデータに点ごと
に加算され、合計されたデータは音調レジスタに
記憶され、読出されたデータに取つて代わる。エ
コーレジスタから読出された主データセツトは、
減衰するエンベロープ変調関数に応答して経時的
に減少する。信号の加算は、波形の１周期のデー
タ点数に等しい多数の点に対して行われる。エコ
ー信号を加算するタイミングは、楽音のレリーズ
時間に発生する多数のエコー数を決めるエコーク
ロツクにより制御される。残響効果の現実性
（Realism）は、以前のエコー波形に関してラン
ダムフエーズで個々のエコー波形を加えることに
よつてえられる。

多数のエコー数および残響時間を制御信号に応
答して変化させることができる残響効果を提供す
ることが本発明の目的である。

発明の構成 本発明は、楽音波形を規定する等間隔に置かれ
た複数の波形振幅データを記憶する波形メモリ手
段３５と、エコーデータを記憶するためのエコー
メモリ手段１０２と、記憶されているデータを前
記波形メモリおよびエコーメモリ手段から繰り返
し読出すために、楽音の基本周波数に対応する速
度の信号を発生させる音調周波数信号発生手段３
７と、前記波形メモリから読出されたデータを前
記エコーメモリ手段から読出されたデータに加算
してエコーの付加されたデータをつくる加算手段
１０３と、前記エコー付加されたデータを新たな
波形振幅データとして前記波形メモリに記憶する
ようにするデータ選択手段１０４，１０１を含む
制御手段１０５と、前記波形メモリから読出され
たデータを楽音信号に変換する変換手段４７，１
１とより成る残響効果発生装置である。

発明の詳細説明 本発明は、楽器の１列に配列された鍵盤スイツ
チ上で作動されたスイツチに対応する速度で連続
する波形サンプル点をメモリから反復して読出す
種類の楽音発生器に組み入れられた残響効果サブ
システムを指向する。メモリからアクセスされた
サンプル点は、Ｄ−Ａ変換器によりアナログ楽音
信号に変換される。この種類の楽音発生システム
は、こゝに参考のため述べてある“複音シンセサ
イザ”と題する米国特許第4085644号（特願昭51
−93519）に詳細に説明されている。下記の説明
において、参考特許に説明されているシステムの
全素子は、その特許に現われる同一数字の素子に
対応する２桁数字により識別される。３桁数字に
より識別されるすべてのシステム素子ブロツク
は、残響効果を発生させるため本発明の改良を実
施するために複音シンセサイザに追加した素子に
対応する。

本発明は、残響によつて生じる主な音質効果は
楽音のレリーズフエーズの期間中に明らかになる
ものであつて定常状態楽音発生期間中には殆んど
又は全く効果がないという実験的に観察されてい
る現象を利用している。電子楽器においては、楽
音レリーズ開始の時間の瞬間は伴つている。レリ
ーズ時間およびレリーズエンベロープ変調関数も
また判つており、制御可能な量である。楽音発生
器自体が多数のエコー残響効果をまねるのに要す
るすべてのデータを与えるのに用いられるので、
レリーズ時間に対するデータセツト全部のエコー
記憶装置は必要ない。

第１図は本発明を実施するシステムを示す。

鍵盤スイツチ１２に含まれる１列に配列された
鍵スイツチのスイツチの閉鎖に応答して、上記の
参考のために述べた特許（米国特許第4085644−
特願昭51−93519）に説明されているように、楽
音波形１周期に対し等間隔に置かれた点に対応す
る点の主データセツトが波形発生器１７０により
発生される。この主データセツトは主レジスタ３
４に記憶される。記憶されたデータは、転送サイ
クルの期間中に鍵盤スイツチ１２のうちの作動さ
れたスイツチへ割当てられた複数の楽音発生器へ
転送される。これらの楽音発生器のうちの１個だ
けが第１図に明示されている。

転送サイクルの期間中に、主レジスタ内にある
主データセツトが読出されて楽音発生器へ転送さ
れるとき、ロード（load）選択回路４５は信号を
発生させる。ロード選択回路からの信号に応答し
て、データ選択回路１０１は主レジスタ３４から
読出されたデータを音調レジスタ３５およびエコ
ーレジスタ１０２へ転送する。

記憶されたデータは、音調クロツク３７により
与えられるタイミング信号の制御をうけて通常の
循環方法により音調シフトレジスタ３５およびエ
コーレジスタ１０２から読出される。音調クロツ
ク３７は、対応する楽音発生器が発生させる楽音
の基本周波数のＮ倍の周波数で動作する。Ｎは楽
音波形を規定する主データセツトのデータ点数で
ある。音調クロツク３７に用いることができる電
圧制御発振器を実施するのに用いることができる
種々の方法がある。そのような１つの実施例が
こゝに参考のために述べてある米国特許第
4067254号（特願昭51−140616号）に詳細に説明
されている。

残響発生動作は楽音がレリーズされた時に開始
される。鍵スイツチのレリーズは音調検出・割当
装置１４によつて検出されるが、この装置はレリ
ーズ信号を発生することによりこの状態を知らせ
る。音調検出・割当装置サブシステムは“鍵盤ス
イツチ検出および割当装置”と題する米国特許第
4022098号（特願昭51−110652）に説明されてい
る。この特許はこゝに参考のため述べられてい
る。

レリーズ信号に応答してADSR発生器５３は、
ADSR発生器５３に関連した調節可能クロツク１
７２により決定される速度で、レリーズデータ値
からなるレリーズフエーズエンベロープ関数の発
生を開始する。ADSR発生器５３の実施例は
“ADSR発生器”と題する米国特許第4079650（特
願昭52−7188）に説明されている。この特許は
こゝに参考のため述べられている。ADSRクロツ
ク１７２は、ADSRエンベロープ関数のレリーズ
フエーズの時間的間隔を制御するように調節でき
る。残響時間は、ADSRエンベロープ関数のレリ
ーズフエーズの時間に等しい。

レリーズ信号はカウンタ１１０を零カウント状
態に初期設定するのに用いられ、またフリツプフ
ロツプ１１１をセツトするのに用いられる。

フリツプフロツプ１１１がセツトされると、出
力論理状態Ｑ＝“１”はゲート１０７をしてエコ
ークロツク１０６からタイミング信号を転送さ
せ、カウンタ１１０のカウント状態を増分させ
る。エコークロツク１０６の機能は、残響効果を
発生させる連続的擬似エコー間の遅延を決めるこ
とである。エコークロツク１０６は、音楽家がそ
の速度を制御できる可変周波数クロツクとして実
施される。

エコーセレクタ１０５はカウンタ１１０のカウ
ンタ１１０のカウンタ状態に応答し、下記に説明
する方法により、音調レジスタ３５に記憶され再
循環されるデータに“エコー”を付加する。

エコーレジスタ１０２の機能は、主レジスタ３
４から転送された主データセツトの形で受けとら
れるもとの波形データを記憶することである。エ
コーレジスタ１０２に記憶されたデータはその大
きさが基準化され、音調シフトレジスタ３５の循
環動作で再循環されたデータと点ごとに選択され
た回数だけ加算される。これらの点ごとの加算の
回数はエコーセレクタ１０５によつて決定され
る。

エコーレジスタ１０２から読出されたデータ
ADSR乗算器１０９によりその大きさが基準化さ
れる。ADSR乗算器１０９によつて用いられる基
準化因（係）数は、ADSR発生器５３により発生
されるADSRエンベロープ関数値であり、ADSR
乗算器１０９およびADSR乗算器１０８の両方へ
与えられる。ADSR乗算器１０９により発生され
た基準化されたエコーデータは、ADSR乗算器１
０８が発生させたデータ出力へ加算器１０３によ
つて点ごとに加算される。

データ選択回路１０４は、ADSR乗算器１０８
が発生させた出力データか、又は加算器１０３の
出力から与えられた加算されたエコーを有するデ
ータを選択するのに用いられる。このデータ選択
は下記に述べる方法によりエコーセレクタ１０５
により制御される。Ｄ−Ａ変換器４７へ与えられ
たデータに擬似エコー信号を付加し、それによつ
て音響室における多数のエコーにより発生される
残響効果をまねることがデータ選択回路１０４の
動作である。

割当てられた楽音発生器用のADSR発生器５３
のレリーズフエーズの終りに、終了信号が発生す
る。この終了信号の存在はフリツプフロツプ１１
１をリセツトし、それによりゲート１０７がタイ
ミングパルスをエコークロツク１０６からカウン
タ１１０へ更に転送するのを阻止する。

前記第１図のシステムにおいて、主要な各部の
動作を説明する。第１図においてブロツクの下方
の括弧内に符号にて内容が示されている。

１ 主レジスタ３４の内容は（Ｍ）は転送サイク
ル中に音調レジスタ３５とエコーレジスタ１０
２にそれぞれ転送される。その内容は各々(A)、
(B)とする。

(A)←（Ｍ） (B)←（Ｍ） ２ 次に両レジスタから読み出された内容は各々
ADSR乗算器１０８，１０９で基準化されて
各々（A′）、（B′）となる。

（A′）←(A) （B′）←(B) ３ 加算器１０３は、各々のADSR乗算器１０
８，１０９からの出力を加算して、(C)というデ
ータを作成する。

(C)←（A′）＋（B′） ４ データ選択回路１０４はエコーセレクタ１０
５からの選択制御に応じて、データ選択回路１
０４の出力データ(D)を出力する。

選択指示があれば(D)←(C)、 選択指示がなければ(D)←（A′）となる。

５ データ選択回路１０４の出力(D)は、データ選
択回路１０１を経て、音調レジスタ３５に新た
な循環データ(A)として記憶される。しかし、エ
コーレジスタ１０２の内容(B)は、この時点では
何ら変更されないで循環して読み出されてい
る。

(A)←(D) (B)←(B) 第２図はエコーセレクタ１０５用の詳細なシス
テム論理を示す。カウンタ１１０の２進カウント
状態のキヤリアー出力ビツトはカウンタ１１５を
増分させるのに用いられる。カウンタ１１０の各
64のカウントの終了時に、キヤリアー出力ビツト
は論理“０”状態から論理“１”状態に変わる。
この変化はエコークロツク１０６からの64のタイ
ミング信号ごとに発生する。その他のカウント状
態は、擬似エコー間の所望の時間遅延に応じてカ
ウンタ１１０から伝送することができる。これら
のカウント状態はカウント出力制御に応答して選
択することができる。残響現実性の加算した程度
は、カウント出力制御を時間の関数として変化さ
せることによつてうることができる。この時間変
化はプログラムすることもできるし、又はランダ
ム関数発生器により発生されるランダム変化とす
ることもできる。

カウンタ１１５は予め選択された数Ｋをモジユ
ロとしてカウントするように実施されている。こ
のモジユロ数Ｋはカウンタ１１５へ与えられるモ
ジユロ制御信号（モジユロコントロール）に応答
して変えることができる。Ｋの値は、連続する擬
似エコー間の時間遅延を変えるための第２の制御
パラメータとして用いることができる。このモジ
ユロ制御信号は定常信号として実施することがで
き、又は残響効果に更に追加の現実性を与えるた
め時間により変化する信号として実施することが
できる。

カウンタ１１５が増分されてその初期カウント
状態に戻ると、リセツト信号が発生し、この信号
はフリツプフロツプ１１６をセツトするのに用い
られる。フリツプフロツプ１１６がセツトされる
と、その出力論理状態Ｑ＝“１”となる。状態Ｑ
＝“１”に応答して、データ選択回路１０４は加
算器１０３により与えられるデータを選択し、そ
のデータはデータ選択回路１０１へ転送される。
この選択制御は、音調クロツク３７により与えら
れるタイミング信号によつて決定される64のデー
タ点に対して持続する。

フリツプフロツプ１１６がセツトされると、エ
ツジ検出回路１１７はＱ＝“０”からＱ＝“１”へ
の状態の変化を検出し、INIT信号を発生させる。
このINIT信号はカウンタ１１９をその初期のカ
ウント状態にリセツトする。状態Ｑ＝“１”がフ
リツプフロツプ１１６の出力に対して存在する間
に、ゲート１１８はカウンタ１１９を増分させる
のに用いられるタイミング信号を音調クロツク３
７から転送する。カウンタ１１９がその最大カウ
ント状態に達すると、フリツプフロツプ１１６を
リセツトさせるリセツト信号が発生する。このよ
うに、データ選択回路１０４は加算器１０３の出
力から64のデータ点を転送して、新しいデータと
して音調レジスタ３５に記憶させる。

システム動作は、エコークロツク１０６および
カウンタ１１０および１１５によつて制御される
時間的間隔で、エコーは音調レジスタ３５から読
出された波形データに付加されるようになつてい
る。連続するエコーは、ADSR乗算器１０９のデ
ータ基準化動作の故にその大きさは次第に減少す
る点に注目すべきである。この大きさの減少は
ADSR乗算器１０８の基準化動作により発生した
全体的な出力楽音の大きさの減少と一致する。そ
の最終的な結果として、楽音レリーズによつて占
められる時間的間隔の間に、一連のエコーがＤ−
Ａ変換器４７へ与えられたデータ内へ導入される
が、そこでは各エコーの力は次第に減衰する。更
に、エコー導入のタイミングは音調クロツク３７
と何らかの一定した関係に固定されていないの
で、連続するエコーは、音調レジスタ３５から現
在読出されるデータに対応する“主音（main
tone）”に関してランダムフエーズ関係で点ごと
に加算される。

上述した基本的残響システムには種々の変更を
加えることが可能である。このシステムを拡張し
て、楽音発生器のADSRエンペロープ関数のアタ
ツクフエーズの期間中にも残響効果が出せるよう
にしうることは明らかである。楽音信号の開始
は、アタツクフエーズの期間中にエコーの付加を
始めるためレリーズ信号についてすでに説明した
方法で用いることができる音調検出・割当装置１
４が得られる。

システムの変更は、エコークロツク１０６とカ
ウンタ１１０および１１５の代わりに、基音周期
をカウントする１個のカウンタを用いることであ
る。これは音調クロツク３７によつて増分するカ
ウンタにすぎず、Ｐ×64をカウントするように実
施されている。Ｐはエコーの間隔（spacing）に
とつて望ましい周期の数であり、64は音調レジス
タ３５に記憶された１波形周期に対するデータ点
である。この種類のエコータイミングは発生した
楽音の基本周波数に自動的に適応する。従つて、
一定のレリーズ時間に対して、低い基本周波数の
楽音は高い基本周波数の楽音より少ないエコーが
発生される。

第３図はレリーズフエーズで、音響システム１
１へ供給される楽音信号を４列で表したプロツト
図である。ここで、64のデータ点の主データセツ
トからなる元の波形データは、８つの等しい強さ
の高調波のスペクトルでもつて生成された。エコ
ーは音調レジスタ３５から読出された現在のデー
タに対してランダムフエーズでもつて３周期の間
隔で付加された。第３図の各列は、1792のデータ
点を表わし、そして、４列でレリーズフエーズの
楽音信号の7168のデータ点を表わしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、残響効果システムのブロツク図であ
る。第２図は、エコーセレクタのブロツク図であ
る。第３図は、残響効果システムからの出力信号
のプロツトである。第１図において、 １１は音響システム、１２は鍵盤スイツチ、１
４は音調検出・割当装置、３４は主レジスタ、３
５は音調レジスタ、３７は音調クロツク、４２は
クロツク選択回路、４５はロード選択回路、４７
はＤ−Ａ変換器、５３はADSR発生器、１０１，
１０４はデータ選択回路、１０２はエコーレジス
タ、１０３は加算器、１０５はエコーセレクタ、
１０６はエコークロツク、１０７はゲート、１０
８，１０９はADSR乗算器、１１０はカウンタ、
１１１はフリツプ・フロツプ、１７０は波形発生
器、１７２はADSRクロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 楽音波形を規定する等間隔に置かれた複数の
   波形振幅データを記憶する波形メモリ手段と、 エコーデータを記憶するためのエコーメモリ手
   段と、 記憶されているデータを前記波形メモリおよび
   エコーメモリ手段から繰り返し読出すために、楽
   音の基本周波数に対応する速度の信号を発生させ
   る音調周波数信号発生手段と、 前記波形メモリから読出されたデータを前記エ
   コーメモリ手段から読出されたデータに加算して
   エコーの付加されたデータをつくる加算手段と、 前記エコー付加されたデータを新たな波形振幅
   データとして前記波形メモリに記憶するようにす
   るデータ選択手段を含む制御手段と、 前記波形メモリから読出されたデータを楽音信
   号に変換する変換手段とを具える残響効果発生装
   置。