JP2606684B2 - 周波数変調楽音合成原理による波形加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、供給される基準波形信号を周波数変調原
理によって加工して多くの高調波成分を含む豊かな音色
の楽音信号を発生することのできる周波数変調楽音合成
原理による波形加工装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子楽器等の楽音発生装置として、所定周波数
の正弦波形信号を周波数変調することにより、多くの高
調波成分を含む豊かな音色の楽音信号を得るようにした
周波数変調方式の楽音信号発生装置が知られている。例
えば、特公昭54-33525号公報に開示されている装置がこ
れに該当する。

一方、特開昭58-108583号公報や特開昭58-50595号公
報等に示されるように、遅延用のRAMやシフトレジスタ
を用いて入力楽音信号を遅延し、その遅延時間をLFO
（低周波発振器）等により発生した所定の低周波信号で
変調してビブラート効果やコーラスやアンサンブルなど
といった多系列効果を入力楽音に付与する効果装置も知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記特公昭54-33525号公報等に示され
たような従来の周波数変調方式に従う楽音合成技術で
は、波形の読み出しシステムの中に周波数変調の仕組み
を持たない限り、周波数変調による楽音合成が出来ない
という欠点がある。すなわち、この種の楽音合成技術で
は搬送波信号の位相データに対して変調信号を導入する
ことを不可欠としているので、初めから周波数変調方式
に従う楽音合成装置としてそれ専用に構成した装置を用
いなければ、周波数変調による楽音合成が出来なかった
のである。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、楽音信
号を発生する楽音発生手段において波形の読み出しシス
テムの中に周波数変調の仕組みを持たないものにおいて
も、その楽音発生手段から発生し終わった楽音信号を導
入して加工することにより、周波数変調楽音合成の原理
にしたがって音色加工することの出来るようにすること
を目的とするものである。

ところで、前述の特開昭58-108583号公報や特開昭58-
50595号公報に記載の効果装置は、遅延手段を用いた周
波数変調の原理を内在している。しかしながら、これら
の効果装置にあっては、入力される楽音信号の周波数と
は無関係にLFOの周波数が低周波（0.1〜数Hzの可聴帯域
以下の帯域）に設定されるのみである。これは、このLF
Oの周波数が可聴帯域以下の低周波であれば、それによ
る効果は時間的に音高が変化することにより得られる多
系列効果の範囲内にあるが、その周波数が可聴帯域に及
ぶようであれば、その効果はもはや時間的に音高が変化
するものではなく、波形が変形して別の音色の楽音にな
ってしまうことになるためである。それ故、これらの効
果装置では、LFOの周波数を可聴帯域以下とすることが
宿命となる。

さて、特開昭50-12606号公報などでは、ビブラートな
どのためのLFOの周波数を可聴帯域まで上げることによ
って、音高の加工から音色の加工ができることが示され
ているので、あえて、前述の特開昭58-108583号公報や
特開昭58-50595号公報に記載の効果装置の変調周波数を
可聴帯域まで上げて音色加工をする装置を作成すること
を想像してみる。

しかしながら、このような装置においては、変調周波
数は可聴帯域にこそなるが、その周波数は変調を受ける
楽音信号の周波数とは無関係となるため、その加工され
た楽音に付加される倍音は必ずしも整数倍とならず、ま
た、基本周波数と倍音の関係も変調される楽音信号の周
波数によってバラバラとなり、きわめて限定された内容
の楽音しか合成できないことになる。

さらに、このLFO等による変調波の周波数を、変調を
受ける楽音信号の音高周波数に基づいて決定すること、
すなわち変調を受ける楽音の基本振動の周波数に比例す
るようにする構成を工夫した場合について考察してみ
る。その場合には、変調を受ける楽音信号の基本周波数
を検出する回路や、楽音信号の発生源からの発生楽音の
音高指定情報などを導入して変調信号の発振周波数を制
御する回路が必要となり、構成が複雑化するという問題
がある。

この発明は、この点にも鑑みて工夫されたものであ
り、楽音信号を発生する楽音発生手段において波形の読
み出しシステムの中に周波数変調の仕組みがない場合で
あっても、その楽音発生手段から発生し終わった楽音信
号を導入して加工することにより、周波数変調楽音合成
の原理にしたがって音色加工することの出来るようにす
ることを目的とするとともに、簡単な構成で、該楽音発
生手段から発生し終わった楽音信号に対して、その楽音
周波数によってバラバラな非整数倍関係とならずに、音
楽的に好ましい倍音関係を実現する音色加工を行なうこ
とが出来るようにすることをも目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に従う周波数変調楽音合成原理による波形加
工装置は、可聴帯域の所望の周波数で発生された基準の
波形信号の各サンプル点振幅値に関する波形データの供
給を受ける手段であって、この波形データを順次入力し
て遅延出力する遅延手段と、前記遅延手段に供給される
波形データまたは前記遅延手段で遅延された波形データ
を基に変調信号を発生する変調信号発生手段と、上記変
調信号の時間変化に従って上記遅延手段から出力する波
形データの遅延時間を変調する制御手段とを備え、前記
基準の波形信号に対し周波数変調によって音色加工され
た特性を持つ楽音信号を発生することを特徴とするもの
である。

〔作用〕

可聴帯域の所望の周波数で発生された基準の波形信号
の各サンプル点振幅値に関する波形データが、遅延手段
に供給され、順次遅延して出力される。変調信号発生手
段においては、上記遅延手段に供給される波形データま
たは遅延手段で遅延された波形データを基に変調信号を
発生する。制御手段によって、この変調信号の時間変化
に従って上記遅延手段から出力する波形データの遅延時
間が変調制御される。これにより、可聴帯域の周波数を
持つ基準の波形信号を、その基準波形信号自身で、若し
くはその基準波形信号を適宜変調した信号によって、周
波数変調した信号が、遅延手段の遅延出力に得られるこ
とになる。

従って、周波数変調楽音合成原理によらない楽音発生
装置（音源）から発生した基準の波形信号であっても、
これを本装置の遅延手段に導入し、該基準波形信号自身
で若しくはその基準波形信号を適宜変調した信号によっ
て、該遅延時間の変調制御を行なうことにより、周波数
変調楽音合成原理による波形加工（音色加工）を行なう
ことができるようになる。すなわち、任意の音源から発
生した基準の波形信号に対して、周波数変調楽音合成原
理による波形加工（音色加工）を行なうことができるよ
うになるという優れた効果を奏するものである。

しかも、その場合において、変調信号は当の基準の波
形信号それ自身若しくはそれを遅延手段で遅延変調した
信号に基づくものであるため、変調信号発生手段として
格別の変調関数発生テーブル等が不要であり、構成を簡
単化することができるという利点を持つものである。

また、周波数変調における搬送信号と変調信号の関係
は、搬送信号として上記基準の波形信号が使用され、変
調信号としてこの基準の波形信号それ自体又はこれを適
宜遅延変調したものが使用されることになるので、両者
の周波数が一致もしくは調和しかつ位相及び振幅が適宜
に異なるか比例的に変化するような関係となり、基本的
には上記基準の波形信号の基本周波数の整数倍の倍音関
係からなる楽音波形信号が得られるものとなり、かつ豊
富な倍音を含むように倍音を増加する方向に波形加工
（音色加工）することができるものであり、音楽用楽音
として好ましい波形加工（音色加工）を行なうことが出
来るものである。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照してこの発明の一実施例につ
き詳細に説明しよう。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
り、位相信号発生回路１は発生すべき楽音信号の音高を
表わす音高指定情報KCを受け、この音高指定情報KCが表
わす音高に対応した速度で順次変化する位相指定信号ｘ
を出力する。基準波形発生回路２は、例えば基準波形信
号としての正弦波形の各サンプル点振幅値を一周期に亘
って記憶しており、位相指定信号ｘが入力されることに
より、この位相指定信号ｘで指定される正弦波位相のサ
ンプル点振幅値を読み出して出力する。これにより、基
準波形発生回路２からは基準波形信号（正弦波形）の各
サンプル点振幅値を表わす波形データが発生すべき楽音
信号の音高に対応した速度で順次発生されることにな
る。このようにして発生された基準波形信号の波形デー
タはシフトレジスタ３に供給される。

シフトレジスタ３は、ｎ（≧２）ステージの記憶位置
ST₁〜ST_nを有しており、基準波形発生回路２から基準波
形信号の波形データが入力されると、この波形データを
位相指定信号ｘに同期したクロックパルスφによって入
力側記憶位置ST₁から出力側記憶位置ST_nに向けてサンプ
ル点単位で順次記憶する。

従って、クロックパルスφの一周期時間をｔとする
と、ｍ（ｍ＝１〜ｎ）番目の記憶位置ST_mからは現在時
刻ｔ₀よりmt時間前に基準波形発生回路２から出力され
た波形データが得られる。

このようにしてシフトレジスタ３の各記憶位置ST₁〜S
T_nから得られる基準波形信号の各サンプル点の波形デー
タは、シフトレジスタ３の記憶位置数と同数の入力Ａ₁
〜Ａ_nを有するセレクタ４の各入力Ａ₁〜Ａ_nにそれぞれ
供給される。

一方、シフトレジスタ３の最終記憶位置ST_nから得ら
れるnt時間前のサンプル点の波形データは変調信号発生
回路５の乗算器50に入力される。

この変調信号発生回路５は、基準波形信号を周波数変
調するための変調信号を発生するもので、変調深さを制
御するための変調係数Ｉを発生して乗算器50に入力する
変調係数発生回路51と、乗算器50の出力データをデコー
ドするデコーダ52を有している。

このような構成の変調信号発生回路５に対してシフト
レジスタ３からnt時間前の基準波形信号の波形データが
供給されると、この波形データと変調係数発生回路51か
ら発生される変調係数Ｉとが乗算器50において乗算され
る。そして、その乗算結果はデコーダ52に入力され、こ
こでテコードされる。

デコーダ52のデコード出力は、セレクタ４の各入力Ａ
₁〜Ａ_nにそれぞれ入力された基準波形信号の各サンプル
点の波形データのうち１つを選択するためのセレクト制
御信号としてセレクタ４の制御端子SCに供給される。

従って、例えば乗算器50の出力データが最大値のとき
にセレクタ４において入力Ａ_nの波形データを選択出力
し、最小値のときには入力Ａ₁の波形データを選択出力
するような関係にセレクタ４の選択動作を設定した場
合、nt時間前のサンプル点の波形データが最大振幅値を
示すときにはセレクタ４において入力Anが、また最小振
幅値を示すときには入力Ａ₁が、さらに最大振幅値と最
小振幅値との中間値を示すときにはその中間値に応じて
入力Ａ₂〜Ａ_n-1がそれぞれ選択され、これら各入力Ａ₁
〜Ａ_nに入力された１・ｔ〜ｎ・ｔ時間前のサンプル点
波形データのうち１つが選択出力されるようになる。

すなわち、セレクタ４からはｎ・ｔ時間前のサンプル
点波形データの振幅値の大小に応じて異なるサンプル点
波形データが選択出力される。換言すれば、基準波形信
号を自己のｎ・ｔ時間前の振幅値に応じて周波数変調し
た信号がセレクタ４から選択出力される。

従って、変調係数Ｉを適宜設定することにより、セレ
クタ４からは基準波形信号を周波数変調した状態の楽音
信号DGSを得ることができる。

この場合、乗算器50の入力側または出力側に、基準波
形信号の周波数（サンプリンググレート）を整数倍ある
いは整数分の１にする周波数変更回路を挿入すれば、さ
らに異なる周波数変調がなされ、さらに豊かな音色の楽
音信号DGSを得ることができる。

第２図はこの発明のさらに他の実施例を示すブロック
図であり、第１図の実施例と異なる点は変調信号発生回
路５の乗算器50に入力する波形データをセレクタ４の出
力側から取り出すようにしたことである。

この構成によれば、最初のうちはセレクタ４の出力デ
ータの値は零であるため、セレクタ４は入力Ａ₁〜Ａ_nの
うち例えばＡ₁に入力されている波形データを選択出力
する。この最初の波形データが選択出力されると、その
振幅値に変調係数Ｉが乗算されてデコーダ52に入力され
るため、デコーダ52は新たなデコード出力を送出するよ
うになり、これによって別の新たなサンプル点の波形デ
ータがセレクタ４から選択出力されるようになる。そし
て、これ以後は最新に選択出力されたサンプル点の波形
データの振幅値に応じて次の新たなサンプル点の波形デ
ータを選択出力する動作が繰返される。すなわち、楽音
信号DGSの現在のサンプル点振幅値により次に楽音信号D
GSとして発生すべきサンプル点振幅値が決定されるとい
う動作が繰返される。これにより、フィードバックFM変
調方式と同様の音色の楽音信号DGSを得ることができ
る。

第３図はこの発明のさらに他の実施例を示すブロック
図である。この実施例が先の実施例と基本的に異なる点
は、基準波形信号の各サンプル点波形データを記憶する
手段としてディジタルメモリ（RAM）６を使用し、その
読出しアドレス信号ARを変調するようにしたことであ
る。

第３図において、基準波形発生回路２から出力される
基準波形信号のサンプル点波形データは書込み指示信号
SWが“1"となっている書込みモードにおいてディジタル
メモリ６に書き込まれる。この場合の書込みアドレスは
前述のクロックパルスφをカウントするアドレスカウン
タ７から出力される書込みアドレス信号AWによって指示
される。なお、この書込みアドレス信号AWは、セレクタ
８に対するセレクト制御信号SSが“1"となっている時に
セレクタ８によって選択されてディジタルメモリ６に与
えられる。

これにより、ディジタルメモリ６には基準波形発生回
路２から発生される基準波形信号のサンプル点波形デー
タがサンプル点単位で順次記憶されるが、この記憶され
た各波形データは読出し指示信号SRが“1"となっている
読出しモードにおいてセレクタ８を介して演算回路９か
ら与えられる読出しアドレス信号ARに従って読み出され
る。この読出しアドレス信号ARは周波数変調された楽音
信号DGSを得るために次のようにして形成される。

すなわち、基準波形発生回路２から発生される基準波
形信号のサンプル点波形データと変調係数発生回路51か
ら発生される変調係数Ｉとを乗算器50において乗算する
ことにより、基準波形信号の時間変化に対応して変化す
る変調信号MDを形成し、この変調信号MDを演算回路９の
第１の加算入力に入力する。さらに、演算回路９の第２
の加算入力にアドレスカウンタ７から出力される連続的
変化を示す書込みアドレス信号AWを入力したうえ、減算
入力にオフセットアドレス情報発生器55から発生される
オフセットアドレス情報AOFを入力し、演算回路９にお
いて AR＝AW−AOF＋MD ・・・（１） で示される読出しアドレス信号ARを形成する。

ここで、オフセットアドレス情報AOFは、所望の変調
深さに対応した定数として与えられるものである。

これにより、書込みアドレス信号AWで示されるアドレ
スからオフセットアドレス情報AOFで示されるアドレス
だけ離れたアドレス（AW−AOF）を中心として変調信号M
Dの時間変化に従ってアドレス値が増減する読出しアド
レス信号ARが形成される。

従って、基準波形信号のサンプリング周期をＴとし、
この周期Ｔの前半で書込み指示信号SWおよびセレクト制
御信号SSを“1"とし、後半ではこれら信号SWおよびSSを
“0"としかつ読出し指示信号SRを“1"とすれば、周期Ｔ
の前半では書込みアドレス信号AWがセレクタ８によって
選択され、また後半では読出しアドレス信号ARがセレク
タ８によって選択されてディジタルメモリ６のアドレス
信号として与えられる。このため、周期Ｔの前半では現
在時刻ｔに発生された基準波形信号のサンプル点波形デ
ータが書込みアドレス信号AWに従ってメモリ６に書き込
まれる。一方、後半では読出しアドレス信号ARに従って
現在時刻ｔよりＴ・（AW−AOF＋MD）時間前のサンプル
点波形データがメモリ６から読み出される。

この結果、ディジタルメモリ６から変調信号MDによっ
て周波数変調された楽音信号DGSを得ることができる。

なお、上述した実施例では、基準波形信号は正弦波形
としたが、正弦波形に限らずどのような波形形状の信号
でもよい。この場合、波形形状が順次異なる複数周期分
の波形を記憶した波形メモリを読出すことにより基準波
形信号を発生するようにしてもよい。また、基準波形発
生回路は、波形メモリを読み出すことにより基準波形信
号を発生するものに限らず、位相指定信号ｘに従って所
定の波形形成演算を行なうことにより基準波形信号を発
生するようなものであってもよいし、また、その他どの
ような音源であってもよい。

また、第１図及び第２図の実施例においては、変調係
数を乗算器50に入力して変調深さを制御するようにして
いるが、デコーダ52のデコード論理を変調係数Ｉによっ
て変えることにより変調深さを制御するようにしてもよ
い。

さらに、上述した実施例では、単音の（１系列のみ
の）楽音信号を発生する場合についてのみ説明したが、
この発明は複音の（複数系列の）楽音信号を発生する場
合にも同様に実施し得るものである。

さらに、上述した実施例により得られる楽音信号GDS
を新たな基準波形信号としこの基準波形信号に対して上
述した実施例と同様にして再度周波数変調を施すように
してより多くの高調波成分を含む楽音信号を発生するよ
うにしてもよい。

また、この発明による楽音信号発生装置は、音階音に
対応した楽音信号の発生に限らず、リズム音や人声など
に対応した種々の楽音信号を発生する場合にも使用でき
るものである。

〔発明の効果〕

周波数変調楽音合成原理によらない楽音発生装置（音
源）から発生した基準の波形信号であっても、これを遅
延手段に導入し、かつ、該基準波形信号自身で若しくは
その基準波形信号を適宜変調した信号によってその遅延
時間の変調制御を行なうようにしたので、周波数変調楽
音合成原理による波形加工（音色加工）を行なうことが
できるようになる。すなわち、任意の音源から発生した
基準の波形信号に対して、周波数変調楽音合成原理によ
る波形加工（音色加工）を行なうことができるようにな
るという優れた効果を奏するものである。

しかも、その場合において、変調信号は当の基準の波
形信号それ自身若しくはそれを遅延手段で遅延変調した
信号に基づくものであるため、変調信号発生手段として
格別の変調関数発生テーブル等が不要であり、構成を簡
単化することができるという利点を持つものである。

また、周波数変調における搬送信号と変調信号の関係
は、搬送信号として上記基準の波形信号が使用され、変
調信号としてこの基準の波形信号それ自体又はこれを適
宜遅延変調したものが使用されることになるので、両者
の周波数が一致若しくは調和しかつ位相及び振幅が適宜
に異なるか比例的に変化するような関係となり、基本的
には上記基準の波形信号の基本周波数の整数倍の倍音関
係からなる楽音波形信号が得られるものとなり、かつ豊
富な倍音を含むように倍音を増加する方向に波形加工
（音色加工）することができるものであり、音楽用楽音
として好ましい波形加工（音色加工）を行なうことが出
来るという優れた効果を奏するものでもある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明の他の実施例を示すブロック図、第３図はこ
の発明のさらに他の実施例を示すブロック図である。 １……位相信号発生回路、２……基準波形発生回路、３
……シフトレジスタ、４……セレクタ、５……変調信号
発生回路、６……ディジタルメモリ、９……演算回路、
51……変調係数発生回路、52……デコーダ。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可聴帯域の所望の周波数で発生された基準
   の波形信号の各サンプル点振幅値に関する波形データの
   供給を受ける手段であって、この波形データを順次入力
   して遅延出力する遅延手段と、 前記遅延手段に供給される波形データまたは前記遅延手
   段で遅延された波形データを基に変調信号を発生する変
   調信号発生手段と、 上記変調信号の時間変化に従って上記遅延手段から出力
   する波形データの遅延時間を変調する制御手段とを備
   え、 前記基準の波形信号に対し周波数変調によって音色加工
   された特性を持つ楽音信号を発生することを特徴とする
   周波数変調楽音合成原理による波形加工装置。
2. 【請求項２】前記基準の波形信号は、１周期の波形デー
   タを繰り返し読み出すことにより発生されるものである
   特許請求の範囲第１項に記載の周波数変調楽音合成原理
   による波形加工装置。
3. 【請求項３】前記基準の波形信号は、波形形状が時間的
   に順次異なる複数周期の波形信号である特許請求の範囲
   第１項に記載の周波数変調楽音合成原理による波形加工
   装置。
4. 【請求項４】前記遅延手段は、前記波形データを順次書
   き込んで記憶する読み書き可能な記憶手段を有し、この
   記憶手段に記憶した波形データを遅延して読み出すこと
   により遅延出力を生ずるものであり、 前記制御手段は、前記記憶手段の読み出しを前記変調信
   号に従って変調制御することにより前記波形データの遅
   延時間を変調するものである特許請求の範囲第１項に記
   載の周波数変調楽音合成原理による波形加工装置。
5. 【請求項５】前記遅延手段は、前記所定の書き込み速度
   に従って変化する書き込みアドレス信号によって前記波
   形データを前記記憶手段に順次書き込む書き込み手段
   と、前記波形データを遅延する時間に対応して前記書き
   込みアドレス信号とは異なる値を示す読み出しアドレス
   信号によって前記記憶手段から前記波形データを読み出
   す読み出し手段とを有するものであり、 前記制御手段は、前記読み出しアドレス信号を前記変調
   信号に従って変調する演算を行なうものであり、これに
   より前記記憶手段の読み出しを前記変調信号に従って変
   調制御するものである特許請求の範囲第４項に記載の周
   波数変調楽音合成原理による波形加工装置。
6. 【請求項６】前記遅延手段は、複数の記憶ステージを有
   し前記所望の速度に同期して該各記憶ステージの内容を
   順次シフトするシフトレジスタと、このシフトレジスタ
   の各記憶ステージのうち選択制御信号に対応した記憶ス
   テージの前記波形データを選択して出力するセレクタと
   を有するものであり、 前記制御手段は、前記変調信号に対応して前記選択制御
   信号を変化させることにより前記波形データの遅延時間
   を変調するものである特許請求の範囲第１項に記載の周
   波数変調楽音合成原理による波形加工装置。
7. 【請求項７】前記変調信号発生手段は、前記遅延手段で
   一定時間遅延された波形データを基に変調信号を発生す
   るものである特許請求の範囲第１項に記載の周波数変調
   楽音合成原理による波形加工装置。
8. 【請求項８】前記変調信号発生手段は、前記制御手段に
   よる制御に応じて変調された遅延時間で前記遅延手段か
   ら遅延出力される波形データを基に変調信号を発生する
   ものである特許請求の範囲第１項に記載の周波数変調楽
   音合成原理による波形加工装置。