JPH09114460A - 電子楽器のフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、デジタルフィルタを用いた電子楽
器において、アコウスティックな楽器に近い音色変化を
可能にする電子楽器のデジタルフィルタ装置を提供する
ことを課題とする。 【解決手段】本発明は、基準となる楽音波形がデジタル
信号（ＰＣＭ波形）として記憶されており、打鍵の強度
に応じてデジタルフィルタ部を制御して、前記基準とな
る楽音波形データから、打鍵の強さに応じた楽音信号を
生成する電子楽器において、前記デジタルフィルタ部
は、複数のデジタルフィルタが直列に接続されて構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基準となる波形を
デジタル信号として（ＰＣＭ波形）として記憶し、該波
形を読み出し、打鍵の強さに応じてデジタルフィルタを
制御することにより、各打鍵の強さに応じた楽音波形を
生成する電子楽器のデジタルフィルタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にピアノの音は、打鍵の強さによっ
て音量が変化するとともに音色も変化することが知られ
ている。ピアノの音をデジタル信号に変換して記憶する
方式（以下、ＰＣＭ方式という）における音色の変化方
式としては以下のものがある。

【０００３】第１の方法は、様々な打鍵の強さの波形を
複数個持ち、打鍵の強さに応じて発音する波形データを
切り替える方法である。

【０００４】この方法による場合、楽器の持つ波形を多
くするとピアノの音色変化をかなり忠実に再現可能であ
るが、そのためには大量の波形データが必要であり膨大
な波形メモリを必要とするため、コスト的に高価になり
実用上は問題がある。

【０００５】また、波形データを様々な成分（例えば、
周波数成分、帯域成分、打撃成分、実音成分等）に分解
して持ち、打鍵の強さに応じて各成分の加算合成比率を
変化させる方法がある。

【０００６】この方法による場合は、一つの音を発音す
るのに複数のデジタルコントロールオシレータが必要に
なるため、同時発音可能なポリ数が少なくなってしま
う。また、同時に発音できたとしてもピアノと同じ周波
数特性の変化を得るためには、より多くの成分に分解す
る必要があり、波形メモリやハード構成の点でコスト的
に無理がある。

【０００７】さらに他の方法として、強打時の波形デー
タだけを持ち、カットオフ周波数可変デジタルフィルタ
で高調波の出方を変化させて音色を変化させる方法があ
る。

【０００８】この方法はメモリが節約でき、構造も比較
的簡単で低価格であるが、音色変化が図７のような歪曲
度の大きな曲線になり、特に低次倍音の変化がアコース
ティックな楽器とは異なってしまい、実際のピアノの打
鍵の強さによる音色変化が表現できないという問題点が
あった。

【０００９】以下、上記第３のデジタルフィルタを用い
て楽音波形を生成する従来の電子楽器のフィルタ制御に
ついて、２次ＩＩＲフィルタを用いた場合を例に図面を
参照しながら説明する。

【００１０】図６は２次ＩＩＲフィルタと呼ばれるデジ
タルフィルタの構成図である。かかる一般的なデジタル
フィルタの設計におけるＬＣＲ共振回路のローパスフィ
ルタの伝達関数は次式で表される。

【００１１】 Ｈ（ｓ）＝ω＾２／（ｓ＾２＋（ω／Ｑ）＊ｓ＋ω＾２） ・・・（１）

【００１２】ただし、 ω：共振角周波数（＝２＊π＊Ｆ₀ ＝１／√（Ｌ＊
Ｃ）） Ｑ：共振の先鋭度（＝ω＊Ｌ／Ｒ） Ｒ：コイルコンデンサの抵抗値

【００１３】（１）式を双変換して整理すると、 Ｈ（ｚ）＝π＾２＊Ｒ＾２（ｂ₀ ＋ｂ₁ ＊ｚ（−１）＋ｂ₂ ＊ｚ（−２）） ／（１＋ａ₁ ＊ｚ（−１）＋ａ₂ ＊ｚ（−２）） ・・・・・・・（２）

【００１４】ただし、 ｂ₀ ＝１／（１＋π＊Ｒ／Ｑ＋π＾２＊Ｒ＾２） ｂ₁ ＝２／（１＋π＊Ｒ／Ｑ＋π＾２＊Ｒ＾２） ｂ₂ ＝１／（１＋π＊Ｒ／Ｑ＋π＾２＊Ｒ＾２）

【００１５】ａ₁ ＝−２＊（１−π＾２＊Ｒ＾２）／
（１＋π＊Ｒ／Ｑ＋π＾２＊Ｒ＾２） ａ₂ ＝（１−π＊Ｒ／Ｑ＋π２＾２）／（１＋π＊Ｒ／
Ｑ＋π＾２＊Ｒ＾２）

【００１６】（２）式を伝達関数とするデジタルフィル
タは、次式で表される。

【００１７】 Ｙ（ｎ）＝ａ₁ ＊Ｙ（ｎ−１）＋ａ₂ ＊Ｙ（ｎ−２）＋π＾２＊Ｒ＾２ ＊（ｂ₀ ＊ｘ（ｎ）＋ｂ₁ ＊ｘ（ｎ−１）＋ｂ₂ ＊ｘ（ｎ−２）） ・・・・・・（３）

【００１８】なお、（３）式におけるＲは、 Ｒ＝Ｆ_S ／Ｆ_c Ｆ_S ＝システムのサンプリング周波数 Ｆ_c ＝デジタルフィルタのカットオフ周波数

【００１９】このように、図６で例示した２次ＩＩＲフ
ィルタの伝達関数は（３）式で表され、該フィルタの周
波数特性は、例えばＱ＝１の場合は図７に例示するよう
になる。

【００２０】しかしながら、このような従来の２次ＩＩ
Ｒフィルタでは、アコースティックな楽器の周波数特性
とは異なっており、的確にアコースティックな楽器の音
を表現できない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る事情に鑑
みなされたものであり、デジタルフィルタを用いた電子
楽器において、アコースティックな楽器に近い音色変化
を可能にする電子楽器のデジタルフィルタ装置を提供す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基準となる楽
音波形がデジタル信号（ＰＣＭ波形）として記憶されて
おり、打鍵の強度に応じてデジタルフィルタ部１１を制
御して、前記基準となる楽音波形データから、打鍵の強
さに応じた楽音信号を生成する電子楽器において、前記
デジタルフィルタ部１１は、複数のデジタルフィルタが
直列に接続されて構成される。

【００２３】また、前記デジタルフィルタ部１１を構成
する各フィルタの制御値は、特定値及び／又は前に接続
されているフィルタの制御値に応じて決定されるように
構成される。

【００２４】

【作用】本発明は、最強打の周波数特性を基準に、各打
鍵の強さに応じた周波数特性の変化との差分を求め、該
差分値を直線近似した制御値でデジタルフィルタ部１１
を制御することにより、アコースティックな楽器の打鍵
の強さに応じた音色の変化を表現可能にするフィルタ装
置を提供するものである。

【００２５】このため、本発明のデジタルフィルタは、
複数のデジタルフィルタを直列に配置し、各々のフィル
タは、それぞれ異なった共振の尖鋭度と、前に接続され
ているデジタルフィルタのカットオフ周波数に応じて制
御される。

【００２６】これにより、簡単な構成でメモリ容量も少
なく、低価格でアコースティックな楽器に近い音色変化
の表現可能な電子楽器が提供できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】先ず、本発明のフィルタ装置の基
本的な考え方について説明する。なお、本実施例におい
ては、デジタルフィルタ部１１は２個の２次ＩＩＲフィ
ルタで構成されているものとする。

【００２８】一般にアコースティックな鍵盤楽器（例え
ばピアノ）の打鍵の強さと周波数特性の変化を調査する
と図３のようになる。従って、最強打時の周波数特性を
基準に、強打、中打、弱打等との差分をとり、基音のレ
ベルを合わせて、縦がデシベル（ｄｂ），横がヘルツ
（Ｈｚ）の軸上で表すと図４のようになる。

【００２９】しかしながら、現在の技術ではリアルタイ
ムに図４の変化を表現できるフィルタを作ることは困難
であるので、本発明では前記図４の各曲線を図５に例示
した直線で近似した制御を行なうフィルタを使用する。

【００３０】即ち、図４の曲線のトレンドは直線に近い
ので、最小自乗法により図４の曲線を直線近似すると図
５のように表わされる。

【００３１】従って、本発明の電子楽器は、基準となる
楽音データとしては、例えば最強打波形のデータを有
し、デジタルフィルタ部１１は図５の直線近似の逆特性
の動きをする機能を有し、強打、中打や弱打は前記最強
打波形のデータを該デジタルフィルタ部１１で制御する
ことにより生成し、ピアノの音色変化を電子楽器で模擬
する。

【００３２】しかしながら、従来のフィルタでは先に述
べたように所望の周波数特性が得られないので、本発明
においては図２に例示するように該２次ＩＩＲフィルタ
を直列に接続し、本実施例においては各フィルタのパラ
メータ値を、それぞれ次の値で制御する。

【００３３】即ち、 デジタルフィルタＡの Ｑ＝０．２５ デジタルフィルタＡのカットオフ周波数＝ω デジタルフィルタＢの Ｑ＝０．５ デジタルフィルタＢのカットオフ周波数 ＝２＊デジタルフィルタＡのカットオフ周波数 ・・・・・・（４） とする。

【００３４】このように、デジタルフィルタＢのカット
オフ周波数を、デジタルフィルタＡのカットオフ周波数
に応じて制御することにより、アコースティックなピア
ノのような音色変化をするフィルタが得られる。

【００３５】しかも、本発明によれば構造が簡単でメモ
リも少なく低価格でアコースティックな楽器に近い音色
の変化を表現できる電子楽器が提供できる。

【００３６】次に、本発明のフィルタを使用した電子楽
器の全体構成について説明する。図１は、本発明にかか
る楽音発生装置を適用した電子楽器の要部の構成を示す
ブロック図である。

【００３７】図において、ＣＰＵ１はＲＯＭ２のプログ
ラムメモリ部２１に記憶された制御プログラムに従って
当該電子楽器の各部を制御するものである。

【００３８】ＲＯＭ２は、上記プログラムメモリ部２１
の他に、テーブルメモリ部２２、音色データメモリ部２
３が設けられている。テーブルメモリ部２２には打鍵の
強さに対応したデジタルフィルタＡのカットオフ周波数
が記憶されている。

【００３９】また、音色データメモリ部２３には、楽音
信号を生成するためのデータである最強打の周波数ナン
バ、波形ナンバ、エンベロープ波形ナンバ、モードデー
タ等が記憶されており、各データは、音色ポインタによ
って指定される。

【００４０】上記音色ポインタは、パネル操作や鍵盤操
作に応じて変更され、該変更された音色ポインタにより
指定された各データが音色データメモリ部２３から読み
出され、ＣＰＵ１により所定の演算が施されるなどして
楽音発生部７に供給される。

【００４１】ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１の制御の下にＲＯＭ
２に記憶されている必要なデータを転送して格納するデ
ータエリア、キーボード部４、タッチセンサ５及びパネ
ルスイッチ部６の各キーやスイッチの状態に対応する放
音に必要なデータがセットされる複数のレジスタ、楽音
信号発生部８を未使用チャネルに割り付けるためのデー
タを記憶するアサイナメモリ等を含んでいる。

【００４２】キーボード部４は、複数のキーを有するキ
ーボードで構成され、各キーの押下の状態を検知するた
めのキースキャン回路を含んでいる。

【００４３】タッチセンサ５は、キーボード部４からの
信号に応じてキータッチの強弱（速さ）を検出するもの
である。上記各キーの押下の状態を示すデータ及びキー
タッチの強弱を示すタッチデータはＣＰＵ１に送られる
ようになっている。

【００４４】パネルスイッチ部６は、電源スイッチ、モ
ード指定スイッチ、メロディ選択スイッチ、リズム選択
スイッチ等の各種スイッチを備えている。各スイッチの
セット状態は、内部に含まれるパネルスキャン回路によ
って検出されるようになっている。

【００４５】楽音発生部７は、楽音信号発生部８とデジ
タルフィルタ部１１からなり、楽音波形データを生成す
るとともに、楽音波形データ及びエンベロープデータを
付加して楽音信号として出力するものである。

【００４６】上記楽音発生部７を構成する楽音信号発生
部８は、ＣＰＵ１からの発音開始指令を受けて楽音波形
データ及びエンベロープデータを波形メモリ９及びエン
ベロープ発生器１０から読み出し、楽音波形データにエ
ンベロープを付加して楽音信号として出力する。

【００４７】このため、本楽音信号発生部８には波形メ
モリ９やエンベロープ発生器１０が接続されており、波
形メモリ９には最強打元波形データに、ループ、リサン
プル、カット等の波形処理を施した波形データが記憶さ
れている。

【００４８】デジタルフィルタ部１１は、楽音信号発生
部８から送られた最強打の楽音信号を制御してピアノに
近い音色変化を付与するものである。このため、本発明
のデジタルフィルタ部１１は、先に述べたように複数の
２次ＩＩＲフィルタを直列に配置し、それぞれの共振の
尖鋭度及びフィルタのカットオフ周波数で制御するよう
に構成されている。

【００４９】デジタルフィルタ部１１より出力された楽
音信号は、Ｄ／Ａ変換器１２でアナログ変換されたのち
図示しない増幅器に供給され、所定の増幅が加えられた
後、スピーカ１３に供給される。

【００５０】波形メモリ９はＲＯＭ２の一部であり、音
色や音域に対応した楽音波形データを記憶するものであ
る。また、エンベロープ発生器１０は、キーボード部４
からの演奏データの出力に基づいて楽音波形のエンベロ
ープを発生するものである。

【００５１】このデジタルフィルタ部１１から出力され
たデジタル楽音信号はＤ／Ａ変換器１２に供給される。
入力されたデジタル楽音信号は、Ｄ／Ａ変換器１２でア
ナログ楽音信号に変換され、この変換されたアナログ楽
音信号は図示しない増幅器で増幅されてスピーカ１３に
供給される。

【００５２】スピーカ１３は、増幅器より送られた電気
信号としてのアナログ楽音信号を音響信号に変換するも
のである。つまり、発生された楽音信号に応じて楽音を
放音するものである。

【００５３】係る構成によれば、鍵盤が押下されると、
タッチセンサ５により打鍵の強さが検出され、テーブル
メモリ２２から打鍵の強さに対応したフィルタのカット
オフ周波数が読み出される。

【００５４】読み出されたカットオフ周波数と上記デジ
タルフィルタＡの尖鋭度（＝０．２５）により、ＣＰＵ
１はデジタルフィルタＡの制御値を演算してこれをデジ
タルフィルタＡに送るとともに、算出された結果を続い
て接続されている前記デジタルフィルタＢにも送る。

【００５５】送られた値とデジタルフィルタＢの尖鋭度
（＝０．５）に基づいて、デジタルフィルタＢの制御値
が決定され、該制御値によりデジタルフィルタＢが制御
される。

【００５６】これにより、楽音信号発生部８の生成した
最強打波形に基づいて、デジタルフィルタ部１１で強
打、中打、弱打等の波形が生成される。

【００５７】図８は本発明のデジタルフィルタを用い、
デジタルフィルタＡのカットオフ周波数を５００Ｈｚ，
１ＫＨｚ，２ＫＨｚ，４ＫＨｚ，８ＫＨｚにした場合の
周波数特性を示す図である。

【００５８】図のように、本発明によれば図７に示され
る歪曲した曲線と異なり、特に低周波数帯域は図５に示
される直線近似の逆特性値に近い値が得られる。従って
アコースティックな楽器に近い音色変化を得ることが可
能となる。

【００５９】なお、本実施例ではデジタルフィルタを２
個接続した場合を例に説明したが、本発明は接続される
デジタルフィルタ数を２個に限定するものではない。

【００６０】また、デジタルフィルタの制御値として、
Ｑ1 ＝０．２５，Ｑ2 ＝０．５、デジタルフィルタＢの
カットオフ周波数＝２＊デジタルフィルタＡのカットオ
フ周波数の場合を例に説明したが、これらの制御値は実
験的に最適な制御値を決定して利用すればよい。

【００６１】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明のフィルタ
によれば、簡単な構造でメモリの節減ができ低価格で、
よりアコースティックな楽器の音色変化に近い表現が可
能な電子楽器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子楽器の全体構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図２】本発明の電子楽器のフィルタの構成を説明する
図である。

【図３】打鍵の強さに応じた波形の周波数特性の変化を
説明する図である。

【図４】最強打を基準とした場合の、各打鍵の強さに応
じた波形の周波数特性の差を説明する図である。

【図５】最強打を基準とした各打鍵の強さに応じた波形
の周波数特性の差を直線近似した場合を説明する図であ
る。

【図６】従来の２次ＩＩＲフィルタの構成を説明する図
である。

【図７】従来の２次ＩＩＲフィルタでＱ＝１の場合の各
カットオフ周波数における周波数特性を例示する図であ
る。

【図８】本発明のフィルタを用いた電子楽器の各カット
オフ周波数における周波数特性を説明する図である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ ＲＯＭ ３ ＲＡＭ ４ キーボード部 ５ タッチセンサ ６ パネルスイッチ部 ７ 楽音発生部 ８ 楽音信号発生部 ９ 波形メモリ（波形記憶手段） １０ エンベロープ発生器 １１ デジタルフィルタ部 １２ Ｄ／Ａ変換器 １３ スピーカ ２１ プログラムメモリ ２２ テーブルメモリ ２３ 音色データメモリ Ａ、Ｂ デジタルフィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準となる楽音波形がデジタル信号（Ｐ
   ＣＭ波形）として記憶されており、打鍵の強度に応じて
   デジタルフィルタ部を制御して、前記基準となる楽音波
   形データから、打鍵の強さに応じた楽音信号を生成する
   電子楽器において、前記デジタルフィルタ部は、複数の
   デジタルフィルタが直列に接続されて構成されることを
   特徴とする電子楽器のフィルタ装置。
2. 【請求項２】 前記デジタルフィルタ部を構成する各フ
   ィルタの制御値は、特定値及び／又は前に接続されてい
   るフィルタの制御値に応じて決定されることを特徴とす
   る請求項１記載の電子楽器のフィルタ装置。