JP3443491B2 - 電子楽器の楽音信号波形の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンセサイザや電
子ピアノ、電子オルガン等の電子楽器に使用される楽音
信号波形の形成方法に関し、特に複数の波形を加算合成
して音色を変化させる際に生ずる位相干渉を防止できる
楽音信号波形の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子オルガンや、電子ピアノ、シ
ングルキーボード、シンセサイザなどの電子楽器の打鍵
の強さに応じた音色の発生方法には、打鍵の強さに応じ
て読み出される波形を切り替えて音色を変化させる方法
がある。

【０００３】しかしながら、この方法で打鍵の強さごと
に切り替えて読み出される波形データを記憶するために
は膨大な波形メモリを必要とし実用的ではない。しか
も、波形を切り替えた際に音色の変化がスムースでなく
不自然であった。

【０００４】また、強打時の波形データだけを記憶し、
デジタルフィルタを用いて中打、弱打等の音をつくる方
法もある。しかしながら、この従来のフィルタによる楽
音の形成方式では周波数特性が変化するだけである。

【０００５】一方、アコウスティックな楽器において
は、演奏の強弱によって周波数特性が変化するととも
に、各倍音（高調波）のエンベロープが複雑に変化して
いる。従って、デジタルフィルタによる楽音の形成方法
では、実際のピアノの打鍵の強さによる音色の変化とは
異なり、中打、弱打らしさを持つ音色が表現できなかっ
た。

【０００６】また、読み出される波形データを複数個備
え、打鍵の強さに応じて読み出された波形データを打鍵
の強さに応じた比率で加算合成して音色を変化させる方
法がある。

【０００７】ところが、この方法では、鍵盤タッチやそ
の他の条件で音色を変化させたい場合、いくつかの波形
メモリに所定の鍵域ごとに割り当てて記憶されている元
波形から波形データを読み出し、この加算合成の比率を
変えて音色を変化させていた。

【０００８】しかしながら、この方法においては異なる
打鍵の強さの波形を加算合成するとき、各鍵域から読み
出された波形の位相を合わせるのが難しく、加算合成し
たときに位相干渉を起こし周波数特性を損ねるという問
題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたものであり、読み出された複数の波形を加
算合成する際に生じる位相干渉を排除でき、しかもアコ
ースティックな楽器に近い音色変化の表現可能な楽音信
号波形の形成方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の楽音信号波形の
形成方法は、予めメモリに記憶されている複数のデジタ
ル化された成分波形データを各別に読み出して、これを
加算合成して楽音信号を発生する電子楽器において、読
み出される成分波形データのうちの一つを元波形となる
第１の波形データとすると共に、元波形以外の成分波形
を該第１の波形データとリファレンスとなる第２の波形
データとから形成する方法であって、前記成分波形を形
成する際に、各倍音成分と非周期成分ごとに抽出された
第１の波形データの周波数成分と、各倍音成分と非周期
成分ごとに抽出された第２の波形データのエンベロープ
成分及び／又はフォルマントとを組み合わせて形成する
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る前記第１の波形データ
は強打音信号波形データであることを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明に係る前記第２の波形デー
タは中打音信号波形データ又は弱打音信号波形データで
あることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明は、打鍵の強さに応じて読み出される複
数の波形データの比率を変えて加算合成して音色を変化
させる電子楽器に使用される楽音信号波形データを、例
えば汎用計算機等を用いて形成する際に、基準となる第
１の波形（元波形、例えば強打）の周波数に、第２の波
形（その他のリファレンスとなる波形、中打や弱打等）
のエンベロープ成分、フォルマント等を乗せることによ
り、波形を加算合成する際の位相干渉を防止するもので
ある。

【００１４】このため、本発明においては、一つの鍵域
に対して第１の波形データ（元波形）と第２の波形デー
タ（リファレンスとなる波形、例えば中打、弱打等）を
用意し、打鍵の強さに応じて読み出された波形データ
は、先ず周期成分と非周期成分に分離される。

【００１５】次いで、分離された周期成分中の基音の周
波数を求め、それぞれの波形にＦＩＲ（例えば有限イン
パルスレスポンス）のバンドパスフィルタ（以下、ＢＰ
Ｆという）をかけて基音成分を取り出す。

【００１６】さらに、それぞれの基音成分からエンベロ
ープ成分やフォルマントを取り出し、第１の波形（元波
形）のエンベロープ成分やフォルマントを第２の波形
（リファレンス波形）のエンベロープ成分やフォルマン
トに変えて、第１の波形（元波形）のピッチで第２の波
形（リファレンス波形）のエンベロープ成分やフォルマ
ントを有する波形を新たに形成し、第２の波形（リファ
レンス波形）の基音成分とする。

【００１７】以下、同様の処理を第２の波形（リファレ
ンス波形）の有する全ての倍音成分について繰り返して
実施し、繰り返しが終了すると、第１の波形（元波形）
のピッチで第２の波形（リファレンス波形）のエンベロ
ープの倍音成分を再合成する。

【００１８】次いで、非周期成分についてもエンベロー
プ成分やフォルマントの入れ替えを行い、生成された第
１の波形（元波形）のピッチで第２の波形（リファレン
ス波形）のエンベロープ成分やフォルマントを有する非
周期成分と、先に合成された倍音成分を加算合成する。

【００１９】これにより、ピッチは第１の波形（元波
形）と同じでエンベロープ成分やフォルマントは第２の
波形（リファレンス波形）の成分を有する波形が新たに
合成される。なお、以下の説明において、「第１の波形
データ」又は「第１の波形」を「元波形データ」又は
「元波形」といい、「第２の波形データ」又は「第２の
波形」を「リファレンス波形データ」又は「リファレン
ス波形」という。

【００２０】このような処理を、全ての鍵域の例えば中
打、弱打、打撃成分等についても行なう。これにより各
波形成分のピッチは同一になるので、波形の合成の際に
位相干渉を起こすとはなく、しかもアコースティックな
楽器に近い自然な音色変化が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、例えば汎用計算機を用い
て本発明の楽音信号データを形成する波形形成処理を説
明する図である。以下図面を参照しながら本発明につい
て説明する。なお、ここでは元波形としては強打、リフ
ァレンス波形は中打の場合を例に説明する。

【００２２】汎用計算機の波形メモリ、あるいは外部装
置から元波形（強打）及びリファレンス波形（中打）が
読み込まれると、先ず周期・非周期成分分離回路１ａ，
１ｂにより、それぞれの波形は周期成分と非周期成分に
分離され、非周期成分は一時図示しないＲＡＭの所定の
領域に記憶される。

【００２３】一方、分離された周期成分はそれぞれの倍
音分離回路２ａ，２ｂに送られ、該各倍音分離回路２
ａ，２ｂでＦＩＲ（有限インパルレスポンス）のバンド
パスフィルタがかけられ基音成分が取り出される。

【００２４】各倍音分離回路２ａ，２ｂで取り出された
基音（１倍音）は、エンベロープ抽出器３ａａ，３ｂａ
に送られ、エンベロープ成分が抽出される。即ち、エン
ベロープ成分とその他の成分（周波数成分）に分離され
る。

【００２５】次いで、加算器５ｂａで元波形の周波数成
分と、リファレンス波形のエンベロープ成分とが加算さ
れ、生成された波形はＲＡＭの所定領域に一時記憶され
る。

【００２６】これにより、元波形の周波数（位相）にリ
ファレンス波形のエンベロープが乗せられたリファレン
ス波形の基音の生成が終了する。

【００２７】続いて、リファレンス波形の倍音分離回路
２ｂは、先に読み込まれたリファレンス波形に次の倍音
があるかを調べ、倍音がある場合には倍音がなくなるま
で上記処理を各倍音ごとに繰り返えし、元の周波数（位
相）にリファレンス波形のエンベロープを乗せた波形を
生成し、ＲＡＭの所定領域に記憶させる。

【００２８】周期成分の各倍音成分ごとの波形データの
生成が終了すると、続いて、非周期成分の処理が行なわ
れる。即ち、前述の波形メモリに先に記憶させておいた
非周期成分の波形データを読み出し、非周期成分のエン
ベロープ抽出器３ａｂ，３ｂｂにより、元波形及びリフ
ァレンス波形のエンベロープ成分を抽出する。

【００２９】次いで、周期成分の場合と同様、加算器５
ｂｂにより非周期成分の元波形の周波数成分にリファレ
ンス波形のエンベロープ成分を乗せて、エンベロープ成
分の処理を終了する。

【００３０】続いて、フォルマント周波数特性抽出合成
処理が行なわれる。これは各倍音成分及び非周期成分ご
とに、元波形のピッチに各リファレンス波形のフォルマ
ントを乗せる処理であり、図２で詳述する。

【００３１】上記のフォルマント処理が終了すると、前
記フォルマント周波数特性抽出合成処理で生成された各
成分毎の波形データは加算器５ｂｃに送られて加算合成
され、所望の中打波形が生成される。

【００３２】本発明による弱打波形の生成処理手順も上
記中打波形の場合と同じである。

【００３３】このようにして生成された中打波形や弱打
波形等のリファレンス波形は、エンベロープ成分やフォ
ルマントは中打波形や弱打波形本来のものを有するが、
周波数（位相）は元波形と同じである。

【００３４】従って、電子楽器やＭＩＤＩ等において、
打鍵強さに応じた比率で読み出された波形を加算合成し
て音色変化を得る際に位相干渉を起こすことなく、優れ
た電子楽器を提供できる。

【００３５】なお、本実施例では説明の便宜上、各波形
や各倍音毎に周期・非周期成分分離回路１ａ，１ｂや各
倍音分離回路２ａ，２ｂ、エンベロープ抽出器３ａａ，
３ｂａ等を個々に設けた場合を例に説明したが、本発明
はこれに限定されるものではない。

【００３６】例えば、単一の周期・非周期成分分離回路
や倍音分離回路、エンベロープ抽出器等を使用して、ル
ープで各波形や倍音毎の処理を順次行なう。あるいは、
強打、中打、弱打等、各波形の種類ごとにそれぞれの回
路を設けるように構成してもよい。

【００３７】また、図１では強打、中打、弱打について
図示しているが、楽器の種類や性能に応じて、例えば最
強打や打撃音等についても、同様の処理を行なって波形
を形成してもよい。

【００３８】次に、図２を参照しながらフォルマント周
波数特性抽出合成装置４ｂａ，４ｂｂ，４ｃａ，４ｃｂ
等の機能について説明する。

【００３９】フォルマント周波数特性抽出合成装置は、
フォルマント抽出器６１とフォルマント付加器６２から
なり、元波形、リファレンス波形からフォルマントを抽
出し、元波形のピッチ成分にリファレンス波形のフォル
マントを加算合成して、中打や弱打等の波形を生成する
ものであり、波形の形成手順はエンベロープ抽出器と略
同じである。

【００４０】即ち、周期成分及び非周期成分のエンベロ
ープ処理が終わると、ＲＡＭの所定の領域に記憶されて
いる各波形データが、例えば周期成分の基音から順次読
み出され、フォルマント周波数特性抽出合成器４ｂａ，
または４ｂｂに送られる。

【００４１】フォルマント周波数特性抽出合成器４ｂ
ａ，または４ｂｂのフォルマント抽出器６１は、送られ
た波形データをフォルマント（非周期成分）とピッチ成
分（周期成分）に分離する。

【００４２】フォルマント抽出器６１により分離された
元波形（強打成分）のピッチ成分（周期成分）と、リフ
ァレンス波形のフォルマント（非周期成分）はフォルマ
ント付加器６２に送られ、該付加器６２で合成され、元
波形のピッチ成分にリファレンス波形のフォルマントが
付加されて各成分ごとの波形が生成される。

【００４３】これが例えば中打や弱打の各倍音や非周期
成分ごとの波形となる。周期成分、非周期成分の全ての
波形の各成分毎の合成が終わると、図１に示すように、
これらの波形は加算器５ｂｃに送られ、合成されて一つ
の波形となり中打や弱打の波形が生成される。

【００４４】次に、本発明の動作について図３及び図４
のフローチャートを参照しながら説明する。

【００４５】本発明の楽音の形成処理においては、先
ず、元波形データ及びリファレンス波形データが読み込
まれる（ステップＳ１１）。即ち、ＣＰＵは元波形及び
リファレンス波形データ、例えば強打及び中打の波形デ
ータをメモリ部から読み込む、あるいは外部音源から入
力する。

【００４６】読み込まれた元波形及びリファレンス波形
は、周期・非周期成分分離回路１ａ，１ｂによりそれぞ
れ別々に、周期成分及び非周期成分に分離され、非周期
成分は一時ＲＡＭに記憶される（ステップＳ１２）。

【００４７】なお、本発明では、元波形としてカバーで
きる帯域が広くＳ／Ｎが良い強打音を使用し、リファレ
ンス波形として中打音を使用している。

【００４８】次いで、読み込まれた波形の周期成分の各
倍音成分抽出のための初期値の設定が行なわれる（ステ
ップＳ１３）。即ち、Ｎ＝０が設定され、続いて、基音
を抽出するための設定、即ち、Ｎ＝Ｎ＋１が行なわれ
（ステップＳ１４）、抽出される倍音に基音がセットさ
れる。

【００４９】抽出する倍音が設定されると、各倍音分離
回路２ａ，２ｂにより設定されている倍音の元波形及び
リファレンス波形の周波数成分の抽出が行なわれ（ステ
ップＳ１５）、さらに，それぞれのＮ倍音をＦＩＲのバ
ンドパスフィルタで抽出する（ステップＳ１６）。

【００５０】次いで、抽出された倍音の元波形及びリフ
ァレンス波形のエンベロープ成分をエンベロープ抽出器
３ａａ，３ａｂ，３ｂａ，３ｂｂにより抽出する（ステ
ップＳ１７）。

【００５１】さらに、加算器５ｂａにより、抽出された
元波形の周波数成分とリファレンス波形のエンベロープ
成分を再合成して（ステップＳ１８）、周波数が元波形
と同じでリファレンス波形のエンベロープ成分を有する
波形を生成し、ＲＡＭに一時記憶させる。（ステップＳ
１９）。

【００５２】次いで、リファレンス波形の各倍音分離回
路２ｂにより、現在波形を形成中のリファレンス波形
に、さらに次の倍音がある否かが調べられる（ステップ
Ｓ２０）。未だ分離されない倍音成分が残っている場合
はステップＳ１４に戻り、Ｎの値を次の倍音にセットし
倍音が無くなるまで、以下同様の処理を繰り返す。

【００５３】一方、上記ステップＳ２０で全ての倍音に
ついての処理が終了している場合は、図示しない加算合
成器で上記ステップＳ１４〜ステップＳ１９のループで
形成された各倍音毎の波形を合成し、ＲＡＭの所定エリ
アに一時記憶させる（ステップＳ２１）。

【００５４】なお、本フローチャートでは各倍音成分の
エンベロープの処理が終わった段階で、一旦、図示しな
い加算合成器で波形を合成する場合を例に説明している
が、本ステップを省略して、直接各成分のデータをフォ
ルマント周波数特性抽出合成器４ｂａ，４ｂｂに送りフ
ォルマントの処理を行なうように構成してもよい。

【００５５】次に、元波形とリファレンス波形の非周期
成分の全体のエンベロープ成分を抽出する（ステップＳ
２２）。このため、上記ステップＳ１２でＲＡＭの所定
領域に記憶されている非周期成分波形が読み出され、各
波形ごとに設けられているエンベロープ抽出器３ａｂ，
３ｂｂによりエンベロープ成分が抽出される。

【００５６】次いで、非周期成分の元波形のエンベロー
プ成分とリファレンス波形のエンベロープ成分を入れ替
えて再合成する（ステップＳ２３）。即ち、元波形の周
期成分を有し、リファレンス波形の非周期成分のエンベ
ロープ成分を有する波形が新たに形成される。この波形
が中打の非周期成分の波形データとなる。

【００５７】更に、上記ステップＳ１４乃至ステップＳ
１９の繰り返しにより、既に合成されてＲＡＭの所定領
域に記憶されているリファレンス波形の周期成分と上記
ステップＳ２３で形成されたリファレンス波形の非周期
成分を合成する（ステップＳ２４）。

【００５８】これにより、強打波形の周期成分を有し、
各倍音や非周期成分のエンベロープは例えば中打波形の
エンベロープ成分を有する波形が新たに形成される。

【００５９】このようにして形成された各波形は、全て
周波数成分が強打波形と同じであるので波形の合成時に
干渉を起こすことなく、しかもエンベロープやフォルマ
ントは各打撃成分の波形であり、アコウスティックな楽
器に近い良質な音が得られる。

【００６０】なお、フォルマントの処理手順はエンベロ
ープの場合と処理手順と同じであるので、フォルマント
処理の手順については説明を省略する。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によって形
成された楽音信号波形は、周波数特性は元波形と同一
で、各倍音成分（高調波）や非周期成分のエンベロープ
やフォルマントはそれぞれのリファレンス波形の特性を
有する波形が形成される。

【００６２】従って、打鍵の強さによって周波数特性だ
けではなく、各倍音（高調波）のエンベロープも複雑に
変化させることができ、より自然楽器に近い音色変化が
表現できる。

【００６３】しかも、元となる波形の周波数（ピッチ）
は同じであるので、加算合成したときに位相干渉を起こ
すことはなく、周波数特性を損ねることもない。なお、
用意する波形の数が多いほど自然楽器に近い音色が得ら
れるとは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の楽音信号波形の形成方法を説明する図
である。

【図２】本発明のフォルマント周波数特性抽出合成器の
機能を説明する図である。

【図３】本発明の一実施例における楽音信号波形を形成
する動作手順を説明するフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例における楽音信号波形を形成
する動作手順を説明するフローチャート（続）である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ周期・非周期成分分離回路 ２ａ，２ｂ，２ｃ各倍音分離回路 ３ａａ、３ａｂ，３ｂａ、３ｂｂ，３ｃａ、３ｃｂエン
ベロープ抽出器 ４ｂａ，４ｂｂ，４ｃａ，４ｃｂフォルマント抽出装置 ５ｂａ，５ｂｂ，５ｂｃ，５ｃａ，５ｃｂ，５ｃｃ加算
器 ６１ フォルマント抽出器 ６２ フォルマント付加器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予めメモリに記憶されている複数のデジ
   タル化された成分波形データを各別に読み出して、これ
   を加算合成して楽音信号を発生する電子楽器において、
   読み出される成分波形データのうちの一つを元波形とな
   る第１の波形データとすると共に、元波形以外の成分波
   形を該第１の波形データとリファレンスとなる第２の波
   形データとから形成する方法であって、 前記成分波形を形成する際に、各倍音成分と非周期成分
   ごとに抽出された第１の波形データの周波数成分と、各
   倍音成分と非周期成分ごとに抽出された第２の波形デー
   タのエンベロープ成分及び／又はフォルマントとを組み
   合わせて形成することを特徴とする楽音信号波形の形成
   方法。
2. 【請求項２】 前記第１の波形データは強打音信号波形
   データであることを特徴とする請求項１記載の楽音信号
   波形の形成方法。
3. 【請求項３】 前記第２の波形データは中打音信号波形
   データ又は弱打音信号波形データであることを特徴とす
   る請求項１記載の楽音信号波形の形成方法。