JPS5937836B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電子楽器の楽音信号のスペクトラム分布制御
に関する。

従来、電圧制御型フィルタや電圧制御型増幅器を用いて
楽音合成する電子楽器は例えば第１図に示すように構成
されていた。

すなわち第１図において鍵盤１から発生する押圧鍵の音
高に対応した電圧（キーボルト）ＫＶは音源回路２の電
圧制御型発振器（以下ＶＣＯという）２ａを発振駆動し
て該音高に相当する周波数信号を発生させ、該周波数信
号は波形変換回路２ｂで適当な波形（例えば鋸歯状波、
矩形波、三角波など）に変換される。そしてこれらの波
形のうち波形選択スイッチＳＷで選択された波形が開閉
回路２ｃを介して取出され、電圧制御型フィルタ（以下
ＶＣＦという）３更に電圧制御型増幅器（以下ＶＣＡと
いう）４に、導かれる。また、前記鍵盤１から押鍵に対
応して発生するキーオン信号ＫＯＮはエンベロープジェ
ネレータ５および６に加わり、該エンベロープジエネレ
ータ５および６は設定器７および８の設定に応じたエン
ベロープ波形Ｅ１およびＥ２を発生してこれらの波形Ｅ
１およびＥ，を夫々前記ＶＣＦ３およびＶＣＡ４の制御
端子に加える。これにより前記音源信号はエンベロープ
波形に応じた音色が付与され、また振幅エンベロープが
付与されて増幅器９を介してスピーカ１０に至り発音さ
れる。従来の電子楽器は上述のように構成されているが
、この種の電子楽器においては以下のような欠点があつ
た。

その１つは楽音信号のスペクトラム分布の変化に自由度
がないということ、すなわち第１図の例でいうとＶＣＦ
３に入力される音源信号のスペクトラム分布が固定され
ているということであり、このままの構成で良い音を出
すようにするにはＶＣＦ３の周波数特性をかなり複雑な
ものにする必要が生じる。また、他の欠点としては非調
和音合成ができないということである。すなわち、通常
ＶＣＯの発振波形は鋸歯状波、矩形波、三角波などであ
り、これらの発振波形にはその基本周波数の整数倍の倍
音だけしか含まれておらず、その中間の半ぱな倍率の倍
音が含まれないからである。この発明は上述の点に鑑み
てなさわたもので、上記のような電子楽器において楽音
信号のスペクトラム分布の変化に自由度を与え、また、
非調和音合成をできるようにして、より自然楽器に近い
豊かな音を発生し得るようにした電子楽器を提供しよう
とするものである。

この発明によれば、鋸歯状波、矩形波、三角波などの音
源信号を複数のバンドパスフイルタに導いて複数の部分
音（倍音）を抽出し、当該各部分音を変調して非調和音
合成のもととなる非調和成分をつくり出し（側帯波を非
調和成分として利用する）、また上記各部分音を個々に
若しくはいくつかをグループにしてグループ毎に当該部
分音のレベル等を調・節し、調節した後それらを合成す
るようにして、楽音信号のスペクトラム分布の変化に自
由度を持たせ、また非調和音合成をも実現するようにし
ている。

以下この発明を添付図面の一実施例にもとづいて詳しく
説明する。

第２図において鍵盤１は押圧鍵の音高に対応した電圧（
キーボルト）ＫＶを発生する。

このキーボルトＫＶは音源回路２のＶＣＯ２ａの制御端
子に加えられ、該ＶＣＯ２ａを押圧鍵の音高に相当する
周波数で発振駆動させる。ＣＯ２ａの発振信号は波形変
換回路２ｂに加えられ、例えば鋸歯状波、矩形波、三角
波など倍音を多く含む音源信号に変換される。これら音
源信号は開閉回路２ｃに加えられ、関閉回路２ｃからは
これら各信号のうち波形選択スイツチＳｗで選択された
波形を有する音源信号が出力される。開閉回路２ｃの出
力音源信号は変換回路２０に入力される。変換回路２０
は上記音源信号を複数の部分音（基本波および基本波の
各倍音）に分解し、分解された部分音にもとづいて非調
和成分（周波数が基本波の整数倍でない倍音）を発生さ
せ、更にこれら非調和成分を含む各部分音を押鍵音高等
に応じて適当な割合で混合するようにして、音源信号の
スペクトラム分布を変化させる回路である。

変換回路２０に入力された前記音源信号はハイパスフイ
ルタ（以下ＨＰＦという）２１に加わる。このＨＰＦ２
ｌは、音源信号の各倍音の振幅が高次のものほど小さく
なる傾向にあるので、これを補正するために設けられた
ものである。すなわち、各倍音の相対振幅を平均化しよ
うとするものである。変換回路２０にはフイルタ２２お
よび部分音理回路２３の直列回路が上記音源信号の各部
分音に対応して個々に設けられており、前記ＨＰＦ２ｌ
の出力が夫々に加えられるようになつている。ここでバ
ンドパスフイルタ（以下ＢＰＦという）２２−１は基本
波Ｓ１を取出すフイルタで、ＢＰＦ２２−２乃至２２−
９（ＢＰＦ２２−３乃至２２−８は図示せず）は夫々２
次倍音Ｓ，乃至９次倍音Ｓ９を取出すフイルタで、また
ＨＰＦ２２−１０は１０次以上の倍音ＳｌＯ−（１）を
取出す回路である。

これらフイルタ２２−１乃至２２−１０は例えば電圧制
御型であり、前記鍵盤１から出力されるキーボルトＫＶ
に応じて中心周波数あるいはカツトオフ周波数が可変制
御され、基本周波数が変化しても、所定の次数の部分音
が各フイルタ２２−１乃至２２−１０から確実に取出す
ることができるようにしている。フイルタ２２−１乃至
２２−１０で取出された部分音は部分音処理回路２３に
加えられる。部分音処理回路２３は取出された部分音に
ついて個々に変調および振幅調整等を行なうようにする
。

各部分音処理回路２３−１乃至２３−１０は同様の内部
構成であるので、ここでは基本波用の部分音処理回路２
３−１についてのみ説明する。前記ＢＰＦ２２−１から
取出された音源信号の基本波Ｓ，は部分音処理回路２３
−１の変調回路２４に加えられる。この変調回路２４は
非調和音合成を実現するために基本波Ｓ１を該基本波よ
りも周波数が低い或る周波信号により振幅変調し、その
変調信号の側波帯を非調和成分として利用するために用
いられる。すなわち、例えば基本波Ｓ１の周波数をＦ。
とし、これを周波数Ｆｍ（ＦＯ＞Ｆｍ）の信号で変調し
た場合、変調信号にはＦ。のほかＦ。−ＦｍおよびＦ。
＋Ｆｍの各側波帯が現われ、これら側波帯は音源信号の
基本周波数に対して半ぱな倍率の周波数を有するのでこ
れを非調和成分として利用するのである。低周波発振器
（ＬＦＯ）２７は上記低周波信号を発生するもので、例
えば電圧制御型であり周波数設定器２８の設定に応じた
周波？の低周波信号を発生する。

この低周波信号は電圧制御型増幅器（以下ＶＣＡという
）２５に加わり適当なレベルに設定された後（このレベ
ルはレベル設定器２６により設定される）、変調回路２
４に加わり前記基本波Ｓ１を変調する。変調回路２４か
ら出力される側波帯を含む変調信号（以下基本波変調信
号という）Ｓ１′はＶＣＡ２９に入力される。部分音処
理回路２３−１乃至２３−１０に夫々設けられているＶ
ＣＡ２９は、音高に応じて楽音信号のスペクトラム分布
を変化させるためのものである。具体的には、例えば楽
音信号が一般に低音域の音ほど明瞭度に欠けるものであ
るという点を改善する目的であれば、低音域側の鍵が押
されるほど相対的に高欠の高調波の振幅が大きくなるよ
うに（言いかえると低次の高調波ほど振幅が小さくなる
ように）、部分音処理回路２３−１乃至２３−１０のＶ
ＣＡ２９のゲインを夫々可変制御して、低音域の音ほど
相対的に高次の高調波成分の含まれる割合が大きくなる
ようにする。これら各ＶＣＡ２９のゲインはサブ音高電
圧発生器４０により可変制御される。サブ音高電圧発生
器４０は各部分音処理回路２３−１乃至２３−１０に対
応して個々にサブ音高電圧ＫＶ，′〜ＫＶｌＯ′を発生
するサブ音高電圧発生回路４０−１乃至４０−１０を有
しており、当該サブ音高電圧ＫＶｌ′〜ＫＶｌＯ′を上
記各部分音処理回路２３−１乃至２３−１０における各
ＶＣＡ２９にその制御電圧として加えるものである。

ところで、上記各サブ音高電圧Ｋ１′〜ＫＶ，Ｏ′の値
は鍵盤１における押圧鍵に応じて変化するもので、その
大きさおよび変化の形態は各サブ音高電圧発生回路４０
−１乃至４０−１０において夫々独立に設定することが
できるものである。或る音高における各サブ音高電圧Ｋ
Ｖｌ′〜ＫＶｌＯ′の値は、その音高における楽音信号
の望ましい（例えば自然楽器音に近い）スペクトラム分
布（すなわち各部分音の混合割合）にもとづいて相互に
定められる。第４図は音高に対するサブ音高電圧ＫＶＩ
′〜ＫＶｌＯ′の変化の一例として基本波用のサブ音高
電圧ＫＶｌ′について示したものである。以上のように
してサブ音高電圧発生器４０は、押鍵音高に応じてサブ
音高電圧ＫＶｌ′−ＫＶｌＯ′を夫々適当な大きさの組
合せで発生する。

ここで、上記サブ音高電圧発生器４０の詳細例について
第３図にもとづいて説明する。

向、この第３図においてはサブ音高電圧発生回路４０−
１乃至４０−１０は同様に構成されるので、基本波用の
サブ音高電圧発生回路４０−１についてのみその詳細を
示してある。また、サブ音高電圧発生回路４０−３乃至
４０−９は図示していない。第３図に示すようにサブ音
高電圧発生器４０は鍵盤１に連動するスイツチ群ＳＷ４
Ｏが接続されており、或る鍵が押圧されると、スイツチ
群ＳＷ４Ｏの各接点に接続される供給ライン群１４０の
いずれかに電圧が供給される。また、サブ音高電圧発生
回路４０−１にはライン群１４０に対応してゲート群Ｇ
４Ｏが設けられており、上記ライン群１４０に導かれる
電圧によりオン・オフ制御される（サブ音高電圧発生回
路４０−２乃至４０−１０にも夫々同様のゲート群が設
けられており、上記ライン群１４０に導かれる電圧によ
りオン・オフ制御されるようになつている）。また、上
記ゲート群Ｇ４Ｏの各ゲート間は一力が抵抗群Ｒ４Ｏを
介して接紗され、またいくつかの箇所には電源が接続さ
れている（第３図の例ではＣ。，ＦＯ≠，Ｃｌ，Ｆｌ尋
およびＣ２の各音高に対応するゲートに電圧ＶＣｌｌ，
ＶＣｌ２，ＶＣｌ３，ＶＣｌ４およびＶＣｌ５の各電圧
が供給されるようになつている）。従つて、或る鍵が押
圧されるとスイツチ群ＳＷ４Ｏのいずれかが閉じ、ゲー
ト群Ｇ４Ｏのいずれかが開いて、出力ラインＬ４Ｏ−１
には押圧鍵に対応した電圧Ｋ，が現われる。また、電圧
発生回路４０−２乃至４０−１０も電圧発生回路４０−
１と同様の構成であり、各出力ラインＬ４Ｏ−２〜Ｌ４
Ｏ−１０には同様に電圧ＫＶ２′〜ＫＶｌＯ′が現われ
る。

ところで電圧Ｋ１′の大きさは各電源電圧Ｃｌｌ〜ＶＣ
ｌ５により分割される音域毎に、該音域をはさんでいる
２種類の電源電圧により定まる。例えば第３図において
Ｃ。からＦ。＋の音域で鍵が押圧された場合の電圧ＫＶ
′は電圧ＶＣｌｌとＶＣｌ２とで定まるのである。すな
わち電圧ＫＶｌ′の値は、ＣＯ音の鍵を押した場合はＶ
Ｃｌｌ，ＦＯΦ音の場合はＣ，，、またそれらの間の鍵
が押圧された場合は上記電圧ＣｌｌとＣｌ２を適当に分
圧した値となる。前記第４図の例では、高音域に向かう
ほど電圧Ｋ，′は増加する（すなわち電源電圧はＶＣｌ
ｌ，ＶＣｌ２・・・，ＶＣｌ，の順で大きくなる）が、
増加の割合はしだいに小さくなる（隣りあう電源との電
圧の差が高音域ほど小さくなる）ように各電源電圧ＶＣ
ｌｌ乃至ＶＣｌ，が設定されていることがわかる。以上
基本波用の部分音処理回路２３−１に対応するサブ音高
電圧発生回路４０−１について説明したが、他の各部分
音用のサブ音高電圧発生回路４０−２乃至４０−１０も
同様に構成され（ただし、電源電圧等の設定は夫々異な
る）、押圧鍵および各回路４０−２乃至４０−１０にお
いて設定された各電源電圧に応じたサブ音高電圧ＫＶ２
〜Ｋ，Ｏを発生する。

前記基本波変調信号Ｓ１′はＶＣＡ２９で制御電圧ＫＶ
ｌ′に応じた大きさに増幅された後、別のＶＣＡ３Ｏに
入力される。

このＶＣＡ３Ｏは音高とは無関係に基本波変調信号Ｓ１
′の振幅を調節するもので、レベル設定器３１によりそ
のゲインが設定される。以上のようにして部分音処理回
路２３−１では基本波Ｓ１の変調および振幅制御を行な
い、該回路２３−１からは側波帯を含み、適当な振幅を
有する基本波変調信号Ｓ，″が出力される。

また、他の部分音処理回路２３−２乃至２３−１０から
も側波帯を含み、適当な振幅を有する各高調波変調信号
Ｓ２Ｉ−ＳｌＯＩ−１が出力される。部分音処理回路２
３−１乃至２３−１０の各出力端は共通接続されており
、これらの各出力信号Ｓ１″〜ＳｌＯ″〜１はここで合
成され、適当なスペクトラム分布を形成し、また不調和
音を含む信号Ｓａとなる。合成された信号Ｓａはバツフ
アアンプ３２を介してローパスフイルタ（ＬＰＦ）３３
に加わる。このローパスフイルタ３３は前記ハイパスフ
イルタ２１により低域を抑えた分を補正するための回路
である。向、このローパスフイルタ３３は前記部分音処
理回路２３−１内のレベル設定器３１で制御すれば不要
である。このようにしてローパスフイルタ３３の出力信
号は変換回路２０から取出され、音色および振幅エンベ
ロープを付与される。第２図の実施例においては前記第
１図に示したＶＣＦ３，ＶＣＡ４、エンベロープジェネ
レータ５および６、エンベロープ設定器７および８に相
当する回路が夫々２組ずつ設けられている。前記変換回
路２０から取出される信号はＶＣＦ３ａおよびＶＣＦ３
ｂに夫々入力される。ＶＣＦ３ａはハイパスフイルタで
あり、ローパスフイルタであるＣＦ３ｃと対になつてバ
ンドパスフイルタを形成している。これらＶＣＦ３ａ，
３ｃには制御端子に前記鍵盤１から出力されるキーボル
トＫＶが加わり、そのカツトオフ周波数が押鍵音高に応
じて可変制御される。エンベロープジェネレータ５ａは
前記鍵盤１からキーオン信号ＫＯＮが加わると、エンベ
ロープ設定器７ａで設定された各エンベロープ要素（ア
タツクタイム、アタツクレベル、サステインレベル、デ
イケイレベル等）を有する一連のエンベロープ波形ＥＶ
ｌを出力する。エンベロープ波形ＥＶｌは前記ＶＣＦ３
ａおよび３ｃに加わり、前記Ｋにより定められたそれら
のカツトオフ周波数に多少の変動を与える。これにより
ＶＣＦ３ｃからは適宜の音色を付与された楽音信号が出
力される。この楽音信号はＶＣＡ４ａに加わる。エンベ
ロープジェネレータ６ａは前記キーオン信号ＫＯＮが加
わるとエンベロープ設定器８ａにおいて設定された各エ
ンベロープ要素を有する一連のエンベロープ波形Ｅ３を
出力としてこの波形ＥＶ，を上記ＶＣＡ４ａの制御端子
に加え、そのゲインを制御する。これによりＶＣＡ４ａ
からはエンベロープ波形ＥＶ３に応じた振幅エンベロー
プを付与された楽音信号が出力される。

ＣＡ４ａの出力楽音信号はＶＣＡｌｌａに加わり、設定
器１２ａの設定に応じた大きさに該楽音信号全体が増幅
される。ところでＶＣＦ３ｂ，３ｄ，ＣＡ４ｂ，ｌｌｂ
，エンベロープジェネレータ５ｂ，６ｂ、エンベロープ
設定器７ｂ，８ｂ、および設定器１２ｂは、上記ＶＣＦ
３ａ，３ｃ，ＶＣＡ４ａ，ｌｌａｌエンベロープジェネ
レータ５ａ，６ａ１エンペロープ設定器１２ａにより構
成される回路と同様に構成され、また該両回路は並列に
接続されている。

これは、例えば１つの鍵盤で演奏した場合でも２つの異
なつた音色の楽音を発生するという効果を得るために設
けられたものである。ＶＣＡｌｌａおよびＶＣＡｌｌｂ
の出力楽音信号は１本のラインでまとめられてＶＣＡｌ
３に加わり、エクスプレツシヨンペダル（音量調節ペダ
ル）１３の操作量に応じた音量に増幅され、更に増幅器
９を介してスピーカ１０に至り発音される。向、上記実
施例においては変調方法として振幅変調を用いたが、こ
れに限らず、周波数変調または位相変調でもよく要は側
波帯を得られる変調方法であればよい。

以上説明したようにこの発明によれば楽音信号のスペク
トラム分布の変化に自由度を持たせ、また非調和音合成
を実現したので豊かな音、すなわち自然楽器に近い楽音
信号をつくることができるというすぐれた効果がある。

また音高（音域）に応じて楽音信号のスペクトラム分布
を所定の状態に設定でき、高品質の楽音信号が得られる
。更に操作鍵の音高が変化して音源信号の基本周波数が
変わつても、常に各次数の周波数成分を確実に取り出す
ことができ、目的の楽音信号形成を確実に行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子楽器の構成例を示すプロツク図、第
２図はこの発明の一実施例を示すプロツク図、第３図は
第２図の実施例におけるサブ音高電圧発生器の詳細例を
示す回路図、第４図は鍵とサブ音高電圧との関係の一例
を示すグラフである。 １・・・・・・鍵盤、２・・・・・・音源回路、２０・
・・・・・変換回路、２３・・・・・・部分音処理回路
、４０・・・・・・サブ音高電圧発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操作鍵の音高に対応する周波数を有し、倍音を含む
   音源信号を発生する音源信号発生手段と、上記音源信号
   から夫々異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタ手
   段と、上記各周波数成分を適宜の信号波によつてそれぞ
   れ変調する変調手段と、上記各周波数成分の振幅を上記
   操作鍵の音高に応じて個々に制御する振幅制御手段とを
   具え、上記変調および振幅制御された各周波数成分を加
   算混合して楽音信号に利用するようにした電子楽器。 ２ 前記振幅制御手段は、前記各周波数成分に対応して
   設けられ、それぞれ各音高に対応して所定の振幅制御信
   号を予じめ設定した複数の回路を有し、この各回路から
   それぞれ前記操作鍵の音高に対応した振幅制御信号を取
   り出してそれぞれ対応する前記周波数成分の振幅を制御
   するようにしてなる特許請求の範囲第１項記載の電子楽
   器。 ３ 前記変調手段が、前記信号波として低周波信号を用
   いて前記周波数成分を位相変調または周波数変調または
   振幅変調する回路である特許請求の範囲第１項記載の電
   子楽器。 ４ 操作鍵の音高に対応する周波数を有し、倍音を含む
   音源信号を発生する音源信号発生手段と、上記操作鍵の
   音源に応じてフィルタ特性が制御され、上記音源信号か
   ら夫々異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタ手段
   と、上記各周波数成分を適宜の信号波によつてそれぞれ
   変調する変調手段と、上記各周波数成分の振幅を個々に
   制御する複数の振幅制御手段とを具え、上記変調および
   振幅制御された各周波数成分を加算混合して楽音信号に
   利用するようにした電子楽器。 ５ 前記変調手段が、前記信号波として低周波信号を用
   いて前記周波数成分を位相変調または周波数変調または
   振幅変調する回路である特許請求の範囲第４項記載の電
   子楽器。