JPS63261398A - 楽音信号発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明はサンプリング楽器に関し、特にサンプリング
楽器における楽音発生技術に関する。

［発明の背景］ 従来のサンプリング楽器にあっては、音響信号をＡ／Ｄ
変換器等によりサンプリングすることにより、デジタル
の波形データの形式に変換し。

これをＲＡＭ等で構成される波形メモリに記憶する。そ
して、楽音発生回路（音源）は、この波形メモリに記憶
された波形データを直接的に使用して楽音を再生してい
る。すなわち、波形データ（ＰＣＭデータ）のメモリが
音源の要素となっている。

この種のサンプリング楽器の場合、折返しノイズ等の除
去のため、入力サンプリング周波ａ（［音のためのサン
プリング周波数）と出力サンプリング周波数（再生のた
めのサンプリング周波数）との一致が一般に要求される
。サンプリング周波数を上げることなく、サンプリング
周波数の許容する最高周波数成分より高い成分（楽音の
周波数成分）を得る努力（例えば、飛びこし、補間の技
術のように、複雑な回路、制御技術を駆使することによ
る努力）もなされているが、いまだ満足のいくものは現
われていない、いずれも、Ｈ−Ｆ（忠実性）が非常に悪
化する。特に高音域では不自然さが目立ってくる。また
、分周技術上の制約などと関係して、ある音程の音色が
オリジナルピッチの音色（録音した音の音色）に比べて
歪んでしまう、これも音質を低下させる。

これらの問題を軽減するために、マルチポイントでサン
プリングができるようにしたサンプリング楽器も知られ
ている。マルチポイントの１つの極限は、鍵盤のすべて
の鍵の音高別に音をサンプリング録音することである。

この場合、鍵盤の鍵の総数に等しい倍数の記憶容量（例
えば、８８鍵なら８８倍の記憶容量）が必要となる。マ
ルチポイントの数だけ波形メモリの容量を大きくしなげ
ればならないということである。

さらに、音源の一部が波形データ（ＰＣＭデータ）とな
るサンプリング楽器の場合、加工性に問題がある。すな
わち、波形メモリから読み出した波形データを望み通り
に加工することは非常に困難であり、また、不完全な加
工を施す場合であっても、複雑な制御、回路構成を必要
とする０例えば、音色の変更機能、レスポンス機能、ル
ープ機能を付加する場合、この付加のために複雑な構成
を必要とするにもかかわらず満足のいく機能を実現でき
ない。

［発明の目的］ したがって、この発明の目的は、少ない記憶容量であり
ながら、上記の音質の問題を改善したサンプリング楽器
の楽音発生装置を提供することである。

［発明の要点〕 本発明は上記の目的を達成するため、サンプリングによ
って得た音響信号の波形データから、その音響信号の音
質を特徴づける時間可変スペクトルデータ（周波数のセ
ットと各周波数についてのエンベロープのセット）を抽
出し、この抽出したデータを基に正弦波合成方式で楽音
を発生するようにしたことを要点とする。

［発明の原理、展開］ 上述したように、本発明によるサンプリング楽器は、録
音のためのサンプリング機能と、楽音生成のための楽音
発生機能とを独立化し、楽音発生機能として、正弦波合
成タイプの楽音発生手段（音源）を使用し、録音のため
のサンプリング機能と楽音発生機能との間をマツチング
するために、サンプリング機能より与えられる音響信号
の波形データから音響信号を特徴づける時間可変スペク
トルデータを抽出する時間可変スペクトル抽出手段を設
け、その抽出結果を基に正弦波合成方式で楽音が発生さ
れるようにしたことを特徴としている。

一般に、正弦波合成タイプの音源で発生可能な最高楽音
周波数を、サンプリング楽器でナンプルできる最高周波
数より十分高くすることは容易である０本発明はこの点
にまず若眼したものである。

したがって、サンプリングした音を正弦波合成タイプの
音源に適合するデータ構造に変更できれば、音質の劣化
の問題特に高音域において発生される楽音の品質の低下
を防止できる。これが、第２の着眼点である。

そして、適合するデータ構造への変更は、時間可変スペ
クトル抽出手段により、原音を特徴づける周波数のセッ
トと各周波数についてのエンベロープ（時間可変振幅情
報）のセットを、原音の波形データから抽出することに
より達成される。

したがって　この発明によれば、音を発生する基になる
メモリの容量を節約できる。さらに、音域によって音質
の劣化が起こりにくく、従来のサンプリング楽器におけ
る音質の問題を有効に解消できる。さらに、データの加
工は、音の波形データそのものではなく、スペクトルデ
ータに対して行えばよいので容易になる。

好ましい構成例では、上記時間可変スペクトル抽出手段
は、上記周波数のセットを、基準周波数（特によいのは
サンプリングした音の基本周波数）に対する相対的な周
波数比のセットに変換する手段を含む、一方、楽音発生
手段には、サンプリング楽器の演奏入力装置から与えら
れる音高指定情報に対し、上記各周波数比に従って較正
された各周波数の正弦波信号を発生する手段を含む。

例えば、スペクトル抽出により、４４０　Ｈ，の周波数
成分と、８８０８７の周波数成分が得られたとすると、
４４０Ｈｚ　を１，８８０）（ｚ　を２とする周波数比
に変換する。そして、８８０Ｈ７に相当する音高指定情
報が与えられると、周波数比ｌの正弦波発生手段は８８
０Ｈ２の正弦波信号を発生し、周波数比２の正弦波発生
手段は１７６０Ｈ１の正弦波信号を発生する。

さらに、好ましい構成例では、上記時間可変スペクトル
抽出手段は、原音の波形データを所定の区間ごとに高速
フーリエ変換（ＦＦＴ変換）する手段を含み、これによ
り区間当り１個の振幅データから成るエンベロープ（各
周波数についてのエンベロープ）が得られる。さらに１
時間可変スペクトル抽出手段は、このようにして抽出さ
れたエンベロープを限られた数の折線で近似するエンベ
ロープ近似手段を含む、エンベロープ近似手段が定義す
るエンベロープ関数は、例えば各ステップごとのレート
データとレベルデータで表現でさる。このような圧縮デ
ータ構造は、各エンベロープに対する加工をさらに容易
にする。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は本実施例に係るサンプリング楽器の全体構成で
ある０Ｍ音（例えば第３図参照）の信号はＡ／Ｄ変換器
ｌにおいて対応するデジタルデータに変換され、波形メ
モリ２に記憶される。したがって、波形メモリ２には、
原音がデジタルの振幅データの列（波形データ）の形式
で記憶される。

記憶された原音の波形データは、ＣＰＵ３により、区間
ごとに、ＦＦＴユニット４（ＤＳＰ、すなわちデジタル
信号プロセッサチップなどで構成される高速フーリエ変
換器）に転送される。

ＦＦＴユニット４は、ＦＦＴ演算を実行し、その演算結
果をＣＰＵ３へ送り返す、ＣＰＵ３は転送されてさたデ
ータを基に、各高調波成分の周波数比を決定するととも
に、各周波数のエンベロープを８ステツプのエンベロー
プに近似する。データメモリ５はＣＰＵ３の処理プロセ
スにおいて使用される。また、時間可変スペクトルデー
タの形式で表現される各音色データのセットを記憶する
メモリとしても利用できる。

要素６，７．８は正弦波合成タイプの音源である０発生
すべき音色を定義するデータはＣＰＵ３より正弦波発生
塁コントローラ６を介して、正弦波発生用ワークメモリ
７に転送、設定される。

演奏の際、キーボード１２（演奏入力装置の例）より押
鍵データを受けると、ＣＰＵ３は基本周波数に対応した
キーコード（音高指定情報の例）を生成し、正弦波発生
器コントローラ６に送出する。これを受けた正弦波発生
器コントローラ６は、正弦波発生器群に発音を指示し、
各正弦波発生器は割り当てられた周波数比を基に、基本
周波数に対する周波数の正弦波信号を発生するとともに
、割り当てられた近似エンベロープに従って、８ステツ
プのエンベロープ信号を順次、発生し、このエンベロー
プ信号で正弦波信号をエンベロープ制御スる。エンベロ
ープが付与された各正弦波信号は内部の累算器（図示せ
ず）において累算され、楽音信号となる。

正弦波発生器群８からの出力である楽音信号はＤ／Ａ変
換器９において対応するアナログ信号に変換され、アン
プ１０で増幅され、スピーカ１１で音響信号に変換され
、放音となる。

なお、１３はエディツトモードで使用される音色変更等
のデータ入力装置であり、１４はモニタリングなどのた
めに使用されるスペクトルエンベロープ表示装２である
。

時間０変スペクトルデータの抽 次に１時間可変スペクトルデータの抽出について詳細に
説明する。

まず、ＦＦＴユニット４についてであるが、ＦＦＴユニ
ット４は本例では、１０２４ポイントの入力（データ区
１■の最大長）をもち、５１２点のフーリエ級数を求め
る。さらにエリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）の影響を
除くために、高域の１１２点を捨て、４００ラインの分
解能で振幅データを出力する（区間ごとに４００個の周
波数成分の各々の値を出力する）、最高１０ＫＨｚの成
分まで得ようとした場合１分解イ先は１００００Ｈｚ／
４００で２５Ｈ２である。したがって録音のためのサン
プリング周波数、すなわちＡ／Ｄ変換器１におけるサン
プリング周波数は。

２５Ｈｚ　Ｘ　（４００＋１１２）Ｘ２＝２５６０ＯＨ
２であり、はぼ３９４ｓのサンプリング周期になる。

ＣＰＵ３はＦＦＴユニット４の変換出力である２５Ｈ２
おきの４００個の振幅データを連続して保持し、適当な
選別論理に従って、所望の成分を選別する０例えば、振
幅がある程度以上あり、最も低い周波数のものを基本周
波数として１周波数比＝＝１とし、それより高い成分の
ものに比率を付けていく、また、周波数比１．０以上の
ものでも、振幅がある程度以上を示さない成分は存在し
ないものとして、もしくはノイズとみて省く、また、原
音の波形データの全区間について、フーリエ変換が完了
した時点で、ある成分のパワーが他の成分のパワーに比
較して圧倒的に低く、音質に影響を与えるようなピーク
が存在しなければその周波ａ成分もなかったものとし、
最終的には正弦発生器のセットが対応できる数になるま
で周波数成分を削りおとしていく。

２８６図の５５〜５１１は上で例示した抽出、選択の処
理のフローを示している。また、第４図はＦＦＴユニッ
ト４の変換例と、ＣＰＵ３によるその後の選別をテーブ
ルで例示したものである。この例では、７５Ｈ２の周波
数成分は、ピークの条件は２５（＞２０）であり満足し
ているが、最終パワーが７で低いのでこれは存在しない
として除去される。すべての条件を満足している１００
Ｈ２が基音となっている。なお、第４図、第６図におい
て、「ピーク」とは、波形データの全区間におけるピー
クであり、「最終パワー」は全区間についての平均的な
パワーであり、「振幅」は各区間（各ウィンドウ）にお
ける振幅である。

なお、上記の選別論理や基音の決定論理は一例にすぎず
他の方式が使用できる。

三乙二三二ノ五贋 選択された各高調波成分（ＺＳｉ木波成分も含む）のエ
ンベロープ（時間可変振幅データ）はＣＰＵ３により８
ステツプの折線エンベロープに近似される（第６図、Ｓ
　１２）　、近似前と近似後の例を第５図に示す、この
エンベロープ近似処理技術については１例えば、本件出
願人に係る特願昭６１−２６４２０５号（昭和６１年１
１月６日出願）に記載の技術が使用できる。基本的には
、８ステツプであれば、８つの折線（単調関数の波形）
で最も良く元のエンベロープを近似するものを決めれば
よい、なお、ＣＲＴなどのモニターに表示し、ユーザー
サイドから適当に近そうなエンベロープを入力するよう
にしてもよい。

エディツト データメモリ５に記憶される各音色等のデータに対して
はデータ入力装置１３によりエディツトを行うことがで
きる。ユーザーからのエディツトの対象は、ここでは、 （イ）音色の変更 （ａ）レスポンスの有無、または、レスポンス特性の変
更 （ハ）キーフォローの有無、または、キーフォローの特
性変更 である。

装を側が実行する処理は、 （Ａ）正弦波発生器の選択ないし更新 （Ｂ）エンベロープデータの変更または更新（Ｃ）レス
ポンスデータの変更または更新（Ｄ）キーフォローデー
タの変更または更新である。

第６図のＳ１３〜Ｓ２２にその動作のフローを示しであ
る。それ自体で明らかな記述なので詳細な説明は省略す
る。

又丘叉進 第２図に、第１図の正弦波発生器群８のうちの１つの正
弦波発生器を代表として示しである。

「周波ａＮω」のうちＮは周波数比であり、ωはキーボ
ード１２上の押鍵に係る基本周波数である。８−１は正
弦波発生要素であり、そのＮωの入力に対し、５ｉｎ（
Ｎωｔ）の正弦波信号を発生する。“Ｅ″は周波数比Ｎ
のエンベロープデータを表わし、“Ｔ”はレスポンスデ
ータを表わし、“Ｋ″はキーフォローデータを表わして
いる。エンベロープ変換器８−２のこれら３つの入力Ｅ
、Ｔ、ＫからＣ（ｔ）で示すエンベロープ波形信号を発
生する。　Ｃ（ｔ）と５ｉｎ（Ｎωｔ）は乗算器８−３
で乗算され、その結果は累算器（Σ）へ送られる。“Ｅ
”、“Ｔ”、“Ｋ”、′Ｎ″で示すデータは正弦波発生
用ワークメモリ７にある発生すべき楽音のエキスとなる
データである。

すなわち、押鍵に起因する楽音の発生においては、正弦
波発生器コントローラ６はＣＰＵ３より送られてくる情
報（音高データ、タッチデータなど）から、各正弦波発
生器群８に与えるべき情報、すなわち、レスポンスデー
タの値Ｔ、キーフォローデータの値Ｋ、周波数比Ｎ、そ
のエンベロープＥを正弦波発生用ワークメモリ７より取
り出し、関係する正弦波発生器群８に送出する。各正弦
波発生器では与えられた情報に従って、正弦波の波形デ
ータ（周波数比で較正された周波数をもつ）、キーフォ
ロー、レスポンス、エンベロープを反映した波形データ
ｃ　（ｔ）を生成し、両者を乗算する。各正弦波発生器
の出力は累算器において累算され、最終的な楽音信号が
形成される。

このように、各正弦波発生器は所望の楽音の周波数成分
にｌ対ｌで対応づけられるようになっているため、音域
によって不自然な音色となる楽音は発生しない、さらに
、内部表現として、圧縮データ構造のエンベロープ、キ
ーフォロー、レスポンスの各関数を使用しており、これ
らの関数の変更は容易であり、したがって、楽音の音質
の変更も容易である。すなわち、データの加工性がよい
。

なお上記実施例では、正弦波発生器群８は複数の正弦波
発生器から成ると説明したが、「複数」の意味は機能的
に複数の場合を含み、ハード的な意味には限定されない
。

また第６図のフローでは原音の入力終了後に、ＦＦＴ処
理を行うようにしているが、ＦＦＴユニット４が十分高
速である場合には、バッファに入ったデータを適時ＦＦ
Ｔに転送すればよく、原音のすべての波形データを記憶
“するための波形メモリ２は不要になる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明では録音のサン
プリング機能と楽音の発生機能とを独立化し、楽音の発
生として正弦波合成型の楽音発生手段（音源）を用いて
いる。そして、録音のサンプリングによる波形データか
ら、時間可変のスペクトルデータを抽出し、この抽出結
果に基づいて、正弦波合成型の楽音発生手段から楽音を
発生させている。

したがって、丘域によらず所望の音色の楽音を容易に得
ることができ、従来のサンプリング楽器で問題となって
いた音域による音質低下の問題を有効に解消できる。さ
らに、音源データとして、原音の波形データではなくス
ペクトル化した圧縮データを使用しており、音源データ
を記憶するメモリの容量を節約できるという利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るサンプリング楽器の全
体構成図、第２図は第１図の正弦波発生器群８の１つの
正弦波発生器についての機能構成ブロック図、第３図は
原音の一例を示す波形図、第４図は高速フーリエ変換後
の周波数成分の選別の説明のために使用した図、第５図
はエンベロープ近似を説明するのに用いた図、第６図は
本実施例の動作を示すフローチャートである。 ｌ・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・・・・ＣＰＵ、
４・・・・・・ＦＦＴユニット、６・・・・・・正弦波
発生器コントローラ、７・・・・・・正弦波発生用ワー
クメモリ、８・・・・・・正弦波発生器群。 特許出願人　　カシオ計算機株式会社 ・旧Ｙぐり ン 第　２　図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響信号をサンプリングすることによってデジタ
   ルの波形データの形式に変換するサンプリング手段を備
   えるサンプリング楽器の楽音発生装置において、 上記サンプリング手段により得られた上記波形データか
   ら、上記音響信号の音質を特徴づける周波数のセットと
   各周波数ごとのエンベロープのセットとを抽出する時間
   可変スペクトル抽出手段と、 正弦波合成タイプの楽音発生手段と、 を有し、 上記楽音発生手段は、上記時間可変スペクトル抽出手段
   により抽出された上記周波数のセットと上記エンベロー
   プのセットとに基づいて、楽音信号を発生することを特
   徴とするサンプリング楽器の楽音発生装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のサンプリング楽器の
   楽音発生装置において、上記時間可変スペクトル抽出手
   段は、上記波形データから抽出した上記周波数のセット
   を基準周波数に対する相対的な周波数比のセットに変換
   する手段を含み、上記楽音発生手段は、サンプリング楽
   器の演奏入力装置より与えられる可変の音高指定情報に
   対し、上記各周波数比に従って較正された各周波数の正
   弦波信号を発生する手段を含むことを特徴とするサンプ
   リング楽器の楽音発生装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載のサン
   プリング楽器の楽音発生装置において、上記時間可変ス
   ペクトル抽出手段は、上記音響信号を表現する上記波形
   データを所定の区間ごとに高速フーリエ変換することに
   より、波形データ形式のエンベロープのセットを抽出す
   る手段と、この手段により抽出された各エンベロープを
   限られた数の折線で近似するエンベロープ近似手段とを
   含むことを特徴とするサンプリング楽器の楽音発生装置
   。