JPS639239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子楽器に関するものであり、更に
詳しく云うと、発生される楽音波形が、時間と共
に変化する楽音発生装置に関する。

大部分の電子楽器は一定のスペクトル出力を有
する楽音を発生する。これとは対照的に、最も通
常の楽器は、スペクトル出力が経時的に変化する
楽音を発生させる。特定の楽器の“自然の
（natural）”楽音特性を主として発生させるのは、
楽器により発生される楽音の高調波内容の変化に
よるものである。電子楽器が“人工的な”音質を
与えるのは、発生する楽音のスペクトル内容にこ
のような経時的変化が欠除しているためである。
この一定した楽音を克服し、発生される楽音に興
趣とより一層自然な音質を加えるために電子楽器
において種々の企画がなされ、その遮断周波数が
所定の時間変化する方法で変化されるフイルタを
介して楽音波形を通過させることによつて発生さ
れる楽音の高調波内容を変化させることが行なわ
れてきた。この型のフイルタはフオルマントフイ
ルタと云われている。本出願と同一発明者による
“楽音シンセサイザ用共振器”と題する米国特許
第4175463号（特開昭54−79025）には、経時的変
化効果を発生するためかような装置の１例が示さ
れている。本出願と同一発明者による“経時的変
化をする倍音を有する楽音発生器”と題する米国
特許第4175464号（特開昭54−96017）には、搬送
周波数に等しい、又はその整数倍の周波数をもつ
信号を変調させることにより搬送の周波数変調が
記載されている。米国特許第4085644号（特開昭
52−27621）には、高調波係数表から楽音波形を
計算するのに用いる高調波係数を変えることによ
つてフオルマントフイルタ効果が実行される複音
シンセサイザが開示されている。

本発明は、高調波構造が制御された方法で経時
的に変化するようになつている計算された楽音波
形を有する可聴信号（オーデイオ信号）を発生さ
せるための改良された装置に関する。これは、相
互変調ひずみを発生することなく達成される。更
に具体的に云うと、計算された波形の制御された
変化は、発生される楽音の基本波とは高調波的に
は関係ない楽音周波数を発生させることなく、ま
た発生される楽音にある高調波数を増減させるこ
となしに行なわれる。

簡単に云うと、本発明は、リアルタイムで計算
されるか、又は記憶装置から読出された一連のデ
ジタル値を所望する波形のアナログ電圧に変換す
ることによつて楽音波形が決定されるデジタル楽
音発生器に関する。本発明によると、アナログ電
圧に変換された一連のデジタル値の各々を発生す
るため２組の計算された、又は記憶された波形か
らの２つのデジタルワードが一緒に乗算される。
２組の波形間の相対的位相を経時的にシフトする
ことにより、その結果一連のデジタル値を形成す
るその積もまた経時的に変更される。その結果生
じるアナログ電圧は、予測可能な制御された方法
で経時的に変化する波形を有する。

第１図に記載したように本発明の好ましい実施
例は、こゝに参考のため述べられている米国特許
第4085644号（特開昭52−27621）に説明されてい
る複音シンセサイザに対する一変形例である。第
１図の２桁の参照数字は参考のため述べられてい
る前記特許に述べられているものと同一要素を示
す。複音シンセサイザにおいては、楽音波形１サ
イクルを規定する一定数の等間隔におかれた点の
振幅に対応するワードの主データリストを先づ最
初に計算することによつて楽音が発生される。各
ワードは、発生する楽音の楽音高調波構造を規定
する32の高調波の各々に関して対応する点の振幅
を加算することによつて計算される。選択された
組の高調波係数の記憶された値は、計算される波
形の各高調波を規定する一組の点を計算するため
正弦波関数表からの一組の正弦波値と乗算され
る。主データリストは、計算に用いられる高調波
数の少くとも２倍の一定数のワードを有する。発
生される楽音の所望のピツチ（音程）に比例した
速度でワードを順次Ｄ−Ａ変換器へ転送すること
によつて、主データリストから楽音が発生され
る。

本発明は、経時的に変化する高調波を有する楽
音を発生させるための装置に関するもので、振幅
変調の概念を利用している。実際には、基本周波
数と高調波数は同一であるが波形が異る２つの信
号を掛け合わせて、なお同一の基本周波数と同一
高調波数をもつた１つの信号を発生させる。それ
らが乗算される前にその２つの信号間の位相関係
を変えることによつて、その結果生じる信号の高
調波の高調波係数は、制御された方法で変更され
ることができる。

第１図を詳しく参照すると、２つの相異なる信
号波形を示す別々のデータリストは、２つのレジ
スタ又はメモリ、即ち主レジスタ３４と補助レジ
スタ１３４において同時に計算される。各データ
リストは、上記米国特許に述べられている方法と
全く同じ方法で計算されるが、１つだけ例外があ
る。即ち上記米国特許に記載されているように32
ワード又は1/2サイクルが計算され、主レジスタ
３４に記憶されるのではなくて、波形の１サイク
ル全体をあらわす64のデータワードの全組が計算
され、レジスタ３４および１３４に記憶される。
この目的を達成するため、本発明のワードカウン
タ１９はモジユロ３２の代りにモジユロ６４に変
更されている。

計算サイクルは、主クロツク１５からの論理ク
ロツクに応答して順方向に計数するワードカウン
タ１９を始動させる実行制御回路１６によつて開
始される。正弦波関数値と、高調波メモリ２７か
らの高調波係数値は乗算器２８に印加される。高
調波メモリ２７は高調波カウンタ２０によつてア
ドレスされる。乗算器２８の出力は、加算器３３
によつて主レジスタ３４中のワードに加算され
て、主レジスタに再び書込まれる。主レジスタ３
４は、順次ワードカウンタ１９によつてアドレス
される。上記特許に詳述されているように、この
繰返し過程によつて64語からなる主データリスト
は主レジスタ３４に記憶される。この64ワード
は、所定の波形を有する可聴信号の完全な１サイ
クルを規定する等間隔の64点の振幅をデジタル的
にあらわす。主データリストが楽音発生器のうち
の１つの音調レジスタ、例えば音調レジスタ３５
へ転送され、ついで発生される楽音のピツチ（音
程）によつて決定される率によつて１ワードづつ
Ｄ−Ａ変換器４７へ転送される。その結果発生さ
れるアナログ信号は所望の波形を有する。基本の
ピツチは、鍵盤上で作動させられる鍵によつてそ
の周波数が決定される音調クロツクによつて制御
され、楽音検出・割当回路１４に記憶される。米
国特許第4022098号（特開昭52−44626）を参照せ
よ。

楽音が発生される時、発生される楽音の波形を
変更する時間的に変化する高調波を得るために、
表24からの正弦波値は、第２の乗算器１２８の１
入力に印加される。乗算器１２８へのもう一方の
入力は、第２高調波メモリ１２７からの係数値で
ある。この場合にも乗算器１２８の出力は、乗算
器２８の出力と同時に、加算器１３３によつて補
助レジスタ１３４から読出されたワードに加算さ
れ、次いで補助レジスタ１３４に再び書込まれ
る。このようにして、64ワードからなる第２デー
タセツトは、データリストが計算され主レジスタ
３４に記憶されるのと同時に補助レジスタ１３４
において計算され記憶される。補助レジスタ１３
４のデータリストは、高調波メモリ２７において
記憶された値とは異なる高調波メモリ１２７に記
憶された係数値によつて示されるように、相異な
る係数値の高調波を有する波形に対応する。

主メモリレジスタ３４のデータリストが楽音発
生器のうちの１つの音調レジスタ、例えば音調選
択回路４０によつて選択された音調レジスタ３５
へ転送される転送動作モードの期間中に、主レジ
スタ３４からの各ワードと補助レジスタからのワ
ードとを乗算することによつてデータリストが変
更され、その積は、１ワードとして音調レジスタ
３５に記憶される。従つて転送動作の終りには、
音調レジスタは64ワードを記憶するが、その各語
は、主レジスタ３４と補助レジスタ１３４のそれ
ぞれのデータリストからの１対のワードの積であ
る。乗算器によつて２つのデータリストにより規
定される波形を結合することにより、新しい波形
が発生され、この波形は、１サイクルを規定する
64の点によつて課せられる32の高調波の限界内に
おいて計算された波形のいずれにも必ずしも存在
しない高調波を含んでいる。

時間的に変化する高調波効果（倍音効果、
harmonic effect）を発生させるためには、補助
レジスタ１３４から読出されたデータリストの位
相は、主レジスタ３４中のデータリストに関する
時間の関数として周期的に、又は他の何らかの所
定の方法によつてシフトされ、従つて乗算器に印
加されたワードの対は、経時的に変化するように
なる。このことは、主レジスタ３４に印加された
アドレスに関して補助レジスタ１３４に印加され
たワードカウンタ１９のアドレスを変えることに
より、第１図に示される装置において達成され
る。これは、このカウント状態が加算器１３７に
よつてワードカウンタ１９からのアドレスに加算
される位相カウンタ１３６によつて周期的に繰り
返される。位相カウンタ１３６は、例えば各転送
サイクルが実行制御回路１６により開始される度
毎に１カウントづつ進められる。従つて、レジス
タ３４および１３４から音調レジスタ３５への転
送が行なわれるたび毎に、レジスタ１３４から読
出されたデータリストの位相は、主レジスタ３４
から読出されたデータリストに関して１ワードだ
けシフトされる。位相カウンタ１３６を最初に零
にセツトしておくと、ワードカウンタは、乗算器
１３８への１対のワードを読出した時、両レジス
タにおける同一ワード位置をアドレスする。次の
連続する転送期間中に、位相カウンタ１３６は、
１をカウントし、ワードカウンタ１９は、主レジ
スタにアドレスされたワード位置と比較してリス
ト中で１ワードだけシフトしたワード位置をアド
レスする。

メモリ２７および１２７に使用しうる高調波係
数の組には制限は存在しないが、主レジスタのデ
ータセツトに顕著な単一ピークのないデータを含
ませ、他方補助レジスタのデータセツトは単一パ
ルス状波形をもつようにすることが楽音を発生さ
せる上で有利であることが見出されている。計算
されて主レジスタ３４に記憶されるデータセツト
の平滑状態（smooth condition）は、上記特許
に述べられているように正および負の係数値を使
用することによつて得られる。主レジスタ３４に
おいて計算されたデータセツトに対する１組の係
数値の例は第２図に示されている。図に示すよう
に、32の高調波の各々に対する係数は、等振幅即
ち０、０、０、０、０、０、０、０、１、１、
１、０、０、０、１、１、０、０、１、１、０、
１、１、０、１、０、０、１、０、１、０、１、
を有する63単位（ユニツト）の振幅である。但
し、０は正の値、１は負の値をあらわす。データ
セツトにおいて計算された点の結果のセツトは、
第３図に示される。第４図は第２図と同様である
が、係数がすべて等しい値、即ち63単位の振幅
で、すべてが同一代数符号を有する第２のデータ
セツトに対する係数値を示す。第５図は、第４図
の係数値を用いて補助レジスタ１３４において計
算された64の値を示す。２組の係数値間の唯一の
差異は、第１の組ににおける高調波係数のあるも
のに対して代数符号が逆になつていることであ
り、その結果これらの２組においては実質的に異
なる組の計算値になつていることを示している。
第５図においては、波形はサイクルの各終端にピ
ークがあり、波形を著しいパルス状波形にしてい
ることが判る。第３図と第５図では波形が実質的
に異なつているが、人間の耳は、それぞれの高調
波の位相を感知せず、両波形に対して同一である
高調波数とその振幅のみを感知するので、その結
果２つの波形によつて発生される可聴楽音は、人
間の耳には同一音に聞えることは興味のある点で
ある。

第６図は、音調シフトレジスタ３５に記憶され
た第３図および第５図の波形の乗算により発生す
る波形を示す。その波形は、アナログ形式でプロ
ツトされている。波形の連続しているサイクル
は、レジスタ３４および１３４から読出される波
形データの位相のシフテイング（shifting）に対
応する。先づ第６図の波形の左上方のブロツクか
ら説明すると、最初のブロツクは、２つのレジス
タから読出されたデータに位相差のない場合に相
当する。その後に続く各波形は、１、２、３…単
位（ユニツト）のアドレスの変化に対応する。各
波形に隣接してプロツトされているのは、32の高
調波の相対的振幅の対応するスペクトルプロツト
である。乗算と位相シフトによつて多様な波形を
有するスペクトル変化を与えることは明らかであ
る。

位相が、レジスタ３４および１３４中の２組の
データによつてあらわされる波形の間で変化され
る方法は、その他の種々の形式をとり得ることは
注意すべきである。例えば、位相カウンタ１３６
は、所定の或るクロツク速度でカウントされるこ
とが可能である。また、加算器１３７へのアドレ
スを変更するためのカウンタを使用するかわり
に、幾つかの他の形式の制御信号、例えばADSR
発生器の出力を用いることができる。従つて、第
７図に示すように、ADSR発生器１４２の出力
は、位相制御回路１４０に印加され、この回路は
ADSR発生器からの制御信号をデジタル形式に変
換し、そのデジタル信号は、ワードカウンタ１９
の出力に加算され、加算器１３７は、主レジスタ
３４のアドレス指定に関する制御方法と同じ方法
でレジスタ１３４の出力をアドレスする。適当な
ADSR発生器は、例えばここに参考のために組み
入れられている米国特許第4079650号（特開昭52
−93315）に記述されている。この方法により、
楽音発生器の波形における位相シフト及びその結
果の変化は、発生される楽音のアタツクおよびデ
イケイと同期させることができる。

計算サイクルを２段階、即ち主レジスタ３４中
のデータリストを計算するための段階と、補助レ
ジスタ１３４中のデータリストを計算するための
段階に分割することによつて、単一の加算器およ
び乗算器を２つの計算段階に対して時分割しうる
ことは明白である。同様に、乗算器１３８は転送
動作の間に使用され、乗算器２８および１２８は
計算期間中に使用されるので、単一の乗算器をこ
れら２つの機能に対して時分割することができ
る。

第８図は、こゝに参考のため述べてある“デジ
タルオルガン”と題する米国特許第3515792号記
載の型の楽音システムに応用した本発明の概略的
なブロツク図である。デジタルオルガンにおいて
は楽音波形は、デジタル形式で波形メモリに記憶
される。本発明によると、第３図と第５図にそれ
ぞれプロツトされている振幅値によつて規定され
る波形のような２つの波形が、波形メモリ＃１お
よび波形メモリ＃２と表示されている２つの別個
の波形メモリ１６０および１６２に記憶される。
メモリ＃１中のデジタルデータは、上記特許に記
憶されている方法により、メモリアドレスデコー
ダ１６４を介してリサイクル読取り制御回路によ
つてアドレスされる。読取り制御回路は、メモリ
アドレスデコーダ１６４によつて、鍵盤上の鍵の
動作に応答して発生するクロツク信号に対応する
速度で１度に１ワードづつ波形の記憶されたデジ
タル表示を反復してアドレスし、読出す。位相制
御回路１６５は、ROMデコーダ１６６とともに
加算器１６８へ位相制御数を与える。加算器の出
力は、メモリアドレスデコーダ１７０へのアドレ
スとして印加され、このアドレスデコーダは加算
器からのアドレスワードを復号し、波形メモリ
＃２中の対応する位置をアドレスする。その結
果、波形メモリ＃２から読出された波形データ
は、波形メモリ＃１から読出された波形データと
異る。各読出しサイクルを有する２つの波形メモ
リからの１対の出力データワードは、乗算器１７
２によつて一緒に乗算される。その積のデータワ
ードは、オーデイオ音響システムを駆動させるた
めデータをアナログ電圧に変換するように音調ク
ロツク速度で１ワードづつＤ−Ａ変換器に印加さ
れる。２つのメモリから読出された波形データ間
の相対的位相は、位相制御回路１６５へ印加され
た制御信号によつて時間の関数として何らかの適
当な方法で制御される。

第９図は、こゝに参考のため述べてある米国特
許第3809786号に詳述したコンピユータオルガン
に応用した本発明の概略的なブロツク図である。
第９図において、すべての200シリーズの参照数
字は、上記特許に記載された回路素子と同一回路
要素を示し、その下２桁の数字は、関連した参照
数字と同じである。従つて、特許の楽器スイツチ
１２に対応する楽器鍵盤スイツチ２１２は、周波
数ナンバーメモリ２１４から周波数ナンバーＲを
選択する。楽音間隔加算器（note interval
adder）２２５は、その周波数ナンバーＲをそれ
自身にｑ回加算し続けて、高調波間隔加算器２２
８へ出力qRを与える。楽音間隔加算器２２５の
出力は、加算器において累算された値に入力を加
算する高調波間隔加算器２２５へ印加されて、メ
モリアドレスデコーダ２３０により正弦波関数表
２２９をアドレスするのに使用される出力NqR
を発生する。正弦波関数表の出力は、高調波振幅
乗算器２３３により高調波係数メモリ２１５から
の係数出力と乗算される。これらは、すべて上記
米国特許第3809786号に詳述されている方法によ
つて行われる。

本発明によると、メモリアドレスデコーダ２３
０の出力は、加算器１７８を介して第２の正弦波
関数表１７６をアドレスするのに用いられる。こ
の加算器は、位相制御回路１８０およびROMデ
コーダ１８２によつて決定された所定量だけアド
レスを修飾する。正弦波関数表１７６の出力は、
音調波振幅乗算器１８６によつて高調波係数メモ
リ１８４からの係数値と乗算される。高調波係数
メモリ１８４および２１５は、いずれもクロツク
２２０およびアドレス制御回路２３５によつて順
次にアドレスされる。乗算器１８６からの計算さ
れたワードは、乗算器１８８により乗算器２３３
からの計算されたワードと乗算され、その積は累
算器２１６へ印加される。位相制御回路は、第６
図および第７図に関連して前述したと同一方法で
加算器に位相制御信号を与える。従つて累算器か
らＤ−Ａ変換器２１８に印加される出力は、その
位相が時間の関数として制御される２つの相異る
波形に対応する２組のデータの積である。所望の
波形を有するアナログ出力信号は音響システム２
１１へ印加される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例の概略的なブロツ
ク図である。第２図は、高調波係数の第１組のス
ペクトルプロツトである。第３図は、第２図の係
数から計算したデータセツトのプロツトである。
第４図は、高調波係数の第２組のスペクトルプロ
ツトである。第５図は、第４図の係数から計算し
たデータセツトのプロツトである。第６図は、順
次位相偏移と共に第３図および第５図のデータセ
ツトを乗算することにより得られる一連の波形お
よび関連スペクトルである。第７図は、第１図の
位相制御に対する一変形を示す。第８図は、本発
明の別の実施例の概略図である。第９図は、本発
明の更に別の概略的なブロツク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発生される楽音の対応する波形に沿つて一連
   の等間隔点の瞬時振幅に対応する一連の符号化さ
   れたデジタル値を順次Ｄ−Ａ変換器に印加するこ
   とにより、前記デジタル値をアナログ電圧に変換
   することによつてオーデイオ信号を発生する電子
   楽器において、 第１の周期的波形を規定する点の振幅に対応し
   て第１の連続系列のデジタル値を発生する手段
   と、 第２の周期的波形を規定する点の振幅に対応し
   て第２の連続系列のデジタル値を前記第１の連続
   系列の値と同時に発生する手段と、 前記第１連続系列の各デジタル値を前記第２連
   続系列のデジタル値と乗算し、一連の合成デジタ
   ル値を与える乗算手段と、 前記第１と第２の連続系列とのデジタル値の時
   間関係をシフトし、前記乗算手段に印加される連
   続系列のデジタル値の対を変更せしめる手段と、 前記一連の合成デジタル値をアナログ電圧に変
   換するＤ−Ａ変換器手段と、 から構成され、時間的に変化する高調波を有する
   楽音発生装置。 ２ 前記デジタル値の対を変更せしめる手段にお
   いて所定の時間関数で前記第１と前記第２の連続
   系列のデジタル値の時間関係をシフトする制御手
   段を具える前記特許請求の範囲第１項記載の時間
   的に変化する変調波を有する楽音発生装置。