JPS6151794B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は楽音信号発生方式に関する。 従来ピツチ周波数が変つても楽音信号の周波数
エンベロプ波形が変化しない、いわゆる固定フオ
ルマント系の楽音を合成する手段として第１図に
原理を示すような、トーンバースト法（特公昭46
−34671号公報）がある。これらはピツチ信号
（第１図ａ）に同期して所望の時間バースト信号
（第１図ｂ又は第１図ｃ）を発し、間欠的に断続
するものであり、波形としては正弦波あるいは矩
形波など比較的簡単なものを使用する。 この方法では、バースト波の瞬時周波数を中心
とした固定フオルマント系の音色が得られるが、
波形が発振器出力を簡単に整形できる範囲に限定
されること及びバーストの時間がピツチ周期以内
に限定されることにより、得られる信号音の固定
フオルマントの形状、つまり周波数エンベロプ波
形のとりうる形状の範囲が制約されるという難点
があつた。 一方、これらの欠点を除く方法として、第２図
に原理を示すようないわばパルス列方式（特開昭
48−98817号公報）が提案されている。 これは、複数個の単一パルス発生器M₁〜Ｍ_Nを
直列にならべ、それらのパルス巾をパルス巾制御
入力C₁〜Ｃ_Nで制御すると共にパルスの高さをレ
ベル調整器AT₁〜AT_Nによつて制御することによ
り波形を変えるようにしたものである。しかしこ
れをハードウエアに作成すると、この作業はきわ
めて複雑で、また多くの場合特定の音色に固定し
て１セツトを作るため、コスト高となる、などの
弱点があつた。 この発明は、上記従来の方法の問題点を解決す
るためになされたもので、所望の音色系の固定フ
オルマントを広いピツチの音域にわたつて正確に
発生できる楽音信号発生方式を提供することを目
的とする。 この発明は、所望のフオルマントに対応する音
源波形をあらかじめデイジタル化して記憶装置に
記録しており、ピツチ信号の発生と同時に所定の
速度で記憶内容を読みだし、Ｄ／Ａ変換器により
アナログ信号に変換して音信号を発生するもの
で、この処理をマイクロコンピユータで行なうこ
とによりきわめて簡単に音源波形の変更や、記録
の読み出し速度が変更でき、しかもソフトウエア
で実施できるなどきわめてすぐれた特長を持つて
いる。 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第３図は、本発明の基本構成を示すブロツク図で
ある。 ピツチ信号発生手段１により、楽音の音階周波
数に対応する周期で信号を発生する。これは主発
振器の出力を分周して、この分周比を音階に応じ
て選択する公知の方法や、マイクロコンピユータ
に内蔵されているクロツク信号発生器をベース
に、ソフトウエアでカウンタを構成して所望の周
期を得ることもできる。この周期を示すトリガ信
号の入力により、コントローラ２はあらかじめ設
定された音源波形記憶メモリー３の内容を、読み
出しクロツク発生器６で与えられる速さで読みだ
しを開始し、順次Ａ／Ｄ変換器４に送りアナログ
信号に変換する。この出力はローパスフイルター
５により階段状の波形に含まれている不要な高周
波成分を除きオーデイオ帯域の楽音信号とされ
る。 以下概略の構成と動作について述べたが、以下
各部の詳細の動作を述べる。第１のピツチ信号に
よるトリガでメモリ読み出しが開始され音源波形
を全て読み出さないうちに第２のトリガ入力があ
つた場合の処理は、第１トリガに対応する波高値
a₁と第２トリガに対応する波高値a₂とを加え合わ
せてＤ／Ａ変換器４への入力とする。 つまり第１のトリガが入力されてから、ピツチ
周期T₁時間たつて第２のトリガが来るわけで、
読み出しクロツク周期をt₀とするとT₁／t₀（最も
近い整数値Ｎ_T＋１をとる）の番地のメモリ内容
を第２トリガに対応する第１番地の内容とを加算
する。第３、第４…………第Ｎのピツチトリガ信
号の場合も同様に、それまでのトリガ入力に対す
る読み出しが終つてない場合は順次加算して総和
をＤ／Ａ変換する。これはとりもなおさずメモリ
の内容をＮ_T番地づつずらせて読み出しそれぞれ
を加算することになる。第４図はこれを例示した
もので、T₁／t₀＝10とした場合には、第１トリガ
によつて指定される番地が21、第２は11、第３は
１となり各10番地づつはなれている。したがつて
何らかの方法で音階の周期が分れば、読み出しク
ロツク発生器６のタイミングクロツクだけで、必
ずしもピツチ信号発生手段１がなくても、これを
代行できる。特にコントローラ２としてマイコン
を用いる場合は、ピツチ信号を発生しなくとも、
Ｎ_Tを情報として与えるか、あるいはT₁又はこれ
らと一対一の対応をした符号を入力すると、マイ
コン内部で計算し、所望のピツチが信号出力する
ことができる。 読み出しクロツク発生器６のクロツク周波数
は、楽音合成を目的とする場合、オーデイオ帯域
の２倍、たとえば40KHz以上あることが望まし
い。 さて、ピツチ周期T₁がクロツク周期t₀の整数倍
にならない場合も生じる。この場合は次の２つの
対応策を状況に応じてとる。 ：クロツク周期t₀を各音階のピツチ周期T₁′，
T¹″…………の最大公約数にとる。若しt₀が小
さすぎる場合は、各ピツチ周期の許容される誤
差範囲内で最大公約数を選ぶことができる。 ：あるいはT₁／t₀をはさむ整数値N′_T（小数点
以下切りすて）N′_T＋１（小数点以下切り上
げ）のメモリ番地の値ａ_NT、ａ_NT+1を求め両者
より補間値を求める。これらの処理はコントロ
ーラ２にマイコンを使用することにより現実的
なスピードで実現できる。つまり補間法により
正確な波形値を計算できる。 第５図はこの方式により出力波を示すモデル図
であり、音源波１，２，３が加算されて合成波が
得られる。ただし実際の波形処理はデイジタル的
に１，２，３を加算しているわけで図の合成波は
Ｄ／Ａ変換後さらにローバスフイルターを通した
あとである。 上記のような構成により、従来のきわめて難し
かつたことが簡単に実現できる。すなわち ピツチ周期より長い音源波形が発生できるた
め、固定フオルマントを広い音域にわたつて保
つことが可能となる。 音源波形として任意の形状のものが簡単に作
成でき、かつ正確であるため固定フオルマント
の形状を自由かつ正確に設定でき、音色を広範
囲に変化設定できる。これは新しい楽音の創造
をもたらすだけでなく、従来の自然楽器音のシ
ミユレーシヨンにきわめて有用である。 マイコンを使用してコントロールを行なうこ
とにより、音波波形の大量のデータ入力がきわ
めて簡単となり、好みの音に合わせて自由にと
りかえられる。 従来は正確なフオルマント合成をするために
は、ピツチ周波数によつてパルス巾の変らない
音源信号を用い、更に詳細に設計された固有の
音色フイルターの助けをかりて、トランペツト
やサキソホンなどの自然楽器の音色を合成して
いたが、本発明によれば、音色フイルターなし
に直接合成できる。したがつていくつもの音色
フイルターを用意することなく、波形のかきか
えだけでどんな音色でも作ることができる。 先の基本構成では、音階周波数、つまりピツチ
信号発生用の発振器と音源波形読み出し用クロツ
ク信号発生器を独立にもつている。またコントロ
ーラにマイクロコンピユータを用いるとこれにク
ロツク発生器が内蔵あるいは外部供給する必要が
ある。 つまり３つの基本的な時計が内在することにな
り処理時間のづれやインターフエース上下便であ
る。そこでこの方式に代えて、同一発振器による
同期処理を行うようにしてもよい。つまり 音階（ピツチ）用 マイコンクロツク用 サンプリング用（読み出し用クロツク） を周波数foのオシータを基準にして作るようにし
てもよい。 その具体的な回路例を第６図に示す。ここで
のサンプリング用は、オーデイオ信号をデイジタ
ル的にサンプリングして発生するためのサンプリ
ング周波数fsで、一般に使用帯域巾の２倍必要で
ある。したがつて音響信号としての楽器音を発生
する場合には、20KHz×２＝40KH以上が望まし
い。マイコン用のクロツクはたとえば0.6μオー
ダのものが多く従つてその周波数fcは1MHz〜
2MHzとなる。音階用としては440Hzを基本とし
て１オクターブを12音に、周波数比が１1/12倍に
なるよう分割し、高いものでは7040Hzのものもあ
る。オクーターブは周波数比が１：２となつてお
り、最高音域の１オクターブ分、つまり12音
（F₁）〜（F₁₂）が発生できると、これを1/2ずつ分
周して合成できるので、この12音の周波数の最小
公倍数があれば完全に合成できる。一般に楽音の
ピツチは、ある周波数範囲内の誤差は許容される
ので、許容される範囲内で、この主信号の周波数
f₀が決められる。 一方マイコンのクロツク信号fcは、このマイコ
ンの動作特性上決まるもので、ある範囲内で動作
する。 したがつて所望の精度内の音階周波数の公倍数
の主信号foを発生する手段を設け、これを所望の
比で分周してfcを発生させ、さらにこれを所望の
比で分周してfsを得、かつ分周器を介して各音階
信号F₁〜F₁₂を得るようにされている。 なお第６図中の分周器のうち音階の分周器はマ
イコンのCPUのコントロールによつて分周比を
かえるようにされている。こうして得られた信号
によりCPUに割込みをかけて時間コントロール
が行われる。 これにより処理が簡単となり、かつ時間差によ
る信号音のひづみがとれすつきりした音となる。
また安定した発振器が１個ですみコスト安とな
る。 さらにfoの発振器を一切使わないで、fcを中心
に考えることもできる。但し、fsの設定をF₁，…
………F₁₂ないしはそれらの音域より低い全ての
ピツチ周波数が許容される範囲内で中心からでき
るだけずれが少くかつfsが40KHz以上のあまり高
くない範囲でこれらピツチ周波数の整数倍の音と
なるように設定する。 このように設定することにより、サンプリング
周波数とピツチ周波数の同期がそれ、foを用いな
くとも、fs／Fnが整数に割り切れるので、fs／
Fn個ごとにメモリの番地の内容を読み出し加算
するだけでFnのピツチの楽音を発生させること
ができ、極めて好都合である。 第１表はfsが50KHzとしたときの本来の周波数
からのずれを880〜1661Hzについて計算した例で
ある。本表からわかるように差は−12〜＋６Hzの
範囲内にあり、一応の目的は達している。 しかも、この程度のずれがある方がわずかの唸
りが発生し、ウオームズ効果やコーラス効果が得
られるメリツトもある。

【表】 この場合50KHzより幾分高くfsをセツトする方
が＋−のバランスがもつとよくとれる。これらの
ずれは音程が下るにつれて少くなるので、これ以
上の音程ではほとんど問題がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃ及び第２図は従来の方式を説明す
るための図、第３図は本発明による楽音信号発生
方式の一実施例を示すブロツク構成図、第４図は
本発明方式におけるトリガ信号とメモリ番地の関
係を説明するための図、第５図は本発明方式によ
つて合成波が得られる様子を示すモデル図、第６
図は本発明の他の実施例を示す図である。 １……ピツチ信号発生手段、２……コントロー
ラ、３……音源波形記憶メモリ、４……Ｄ／Ａ変
換器、５……ローパスフイルター、６……読み出
しクロツク発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望の音色を持つ固定フオルマントの周波数
   エンベロープ特性に対応した、発生する音高のピ
   ツチ周期より長い持続時間を持つ一つの音源波
   を、記憶手段に記憶し、 この記憶された音源波を、発生する音高のピツ
   チ毎に読み出すと共に、 この読みだし速度はピツチ周期によらず一定と
   し、 これら１ピツチ周期分ずつ遅れて読み出される
   前記音源波を、波形の重なりをもつて加え合わせ
   ることにより楽音信号を発生させることを特徴と
   する楽音信号発生方式。 ２ 音源波は、サンプリングされたデジタル信号
   として前記記憶手段に記憶されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の楽音信号発生方
   式。 ３ 音源波の加え合わせは、サンプル波高値同志
   で行われ、加え合わせた結果をアナログ信号に変
   換して前記楽音信号とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の楽音信号発生方式。