JP4326282B2 - Filter device - Google Patents
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Description
本発明は、入力されるデジタル楽音信号を設定される2つのフィルタ係数に応じたフィルタリング特性でフィルタリングするチェンバリン型のフィルタ部と、前記2つのフィルタ係数を求めて前記フィルタ部に設定する係数演算部と、を備えたフィルタ装置に関する。 The present invention includes a chamberin type filter unit that filters an input digital musical sound signal with a filtering characteristic according to two set filter coefficients, and a coefficient calculation for obtaining the two filter coefficients and setting the filter unit in the filter unit A filter device.
電子楽器の音色設定用フィルタにあっては、エンベロープやLFOに応じてカットオフ周波数を変化させるため、カットオフ周波数を連続的に変化させる必要があった。しかしながら、カットオフ周波数が連続的に変化するように楽音が聞こえる程度のフィルタ係数をテーブル化しようとすれば、テーブル容量が膨大なものとなってしまう。そのため、従来技術にあっては、周知の補間演算、即ち1次元の補間演算を行い、例えばカットオフ周波数に対応するフィルタ係数のみを補間してデジタルフィルタにフィルタ係数を与えるようにするものが提案されていた(例えば、特許文献1参照。)。 In the timbre setting filter of an electronic musical instrument, the cutoff frequency needs to be continuously changed in order to change the cutoff frequency in accordance with the envelope and LFO. However, if a filter coefficient that can be heard so that the cut-off frequency continuously changes is tabulated, the table capacity becomes enormous. Therefore, in the prior art, a known interpolation calculation, that is, a one-dimensional interpolation calculation is performed, and for example, only the filter coefficient corresponding to the cutoff frequency is interpolated to provide the filter coefficient to the digital filter. (For example, refer to Patent Document 1).
即ち、図5のブロック構成図を参照すると、ROM12に記録された動作プログラムを実行することによってCPU10が2つのパラメータであるFc(カットオフ周波数値:増幅度が3dB低下する周波数を示すパラメータ)、Q(レゾナンス値:周波数特性のピーキング状態の程度を示すパラメータ)を与えると、係数F補間演算部50および係数W補間演算部60の夫々は、Fc、Qに対応したフィルタ係数の組を係数テーブル40から得てこれらを補間処理してフィルタ係数F、フィルタ係数Wを求めてフィルタ部30に設定するようにして、フィルタ部30のLPF(ローパスフィルタ)特性等を調整していた。
That is, referring to the block configuration diagram of FIG. 5, the
そして、このフィルタ部30には、状態変数型マルチモードフィルタであり、一つの2次フィルタでLPF(ローパスフィルタ)信号、HPF(ハイパスフィルタ)信号、BPF(バンドパスフィルタ)信号等が出力可能な2つのフィルタ係数F、Wが設定されるチェンバリンフィルタとなっている。しかしながら、このような従来の技術によれば、入力パラメータに応じてフィルタ係数F、Wを所要のものに調整するには大規模の係数テーブルが必要になり、また、補間演算を行う必要もあるためフィルタ装置の規模が大きくなる等の問題があった。
The
そこで、このチェンバリンフィルタの2つの係数F、Wを演算式で求めることが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。これによれば、例えば「F=2π・(Fc/Fs)、W=1/Q:但しFcはカットオフ周波数、Fsはサンプリング周波数、Qはレゾナンス値を示すパラメータでQ=1の時、レゾナンス値最小、Qが無限大の時、レゾナンス値最大」なる簡単な式で2つの係数F、Wを求めている。 Therefore, it has been proposed to obtain the two coefficients F and W of the chamber filter by an arithmetic expression (for example, see Non-Patent Document 1). According to this, for example, “F = 2π · (Fc / Fs), W = 1 / Q: where Fc is a cutoff frequency, Fs is a sampling frequency, Q is a parameter indicating a resonance value, and when Q = 1, resonance The two coefficients F and W are obtained by a simple expression “minimum value, maximum resonance value when Q is infinite”.
しかしながら、このような演算によって求めた周波数特性は使用することができないものとなっていた。図8は横軸に周波数(単位Hz)、縦軸に振幅(単位dB)としたもので、従来の手法によれば、カットオフ周波数を上げていくと、LPF(ローパスフィルタ)出力の周波数特性において、例えば、符合A〜Dに示すように周波数特性が持ち上がってしまい、そのままLPF出力周波数特性として使用することが困難であった。また、この演算式を用いた場合であって、ナイキスト周波数の半分程度以下の範囲であれば、ローパスフィルタとして利用できる特性を持っているので、例えば2倍オーバーサンプリングを行う等して一時的にサンプリング周波数を上げて、このフィルタでフィルタリングした後、元のサンプリング周波数に戻す等の方法も採用されていた。しかしながら、この場合にあっても、本来不要なレゾナンスが残ってしまったり、一時的にサンプリング周波数を上げることから演算量が増加してしまう等の問題があった。 However, the frequency characteristics obtained by such calculation cannot be used. FIG. 8 shows frequency (unit: Hz) on the horizontal axis and amplitude (unit: dB) on the vertical axis. According to the conventional method, the frequency characteristics of LPF (low-pass filter) output as the cutoff frequency is increased. However, for example, the frequency characteristics are raised as indicated by symbols A to D, and it is difficult to use the frequency characteristics as they are as the LPF output frequency characteristics. In addition, in the case of using this calculation formula, if it is in the range of about half or less of the Nyquist frequency, it has characteristics that can be used as a low-pass filter. A method of increasing the sampling frequency, filtering with this filter, and then returning to the original sampling frequency has been adopted. However, even in this case, there is a problem that originally unnecessary resonance remains or the amount of calculation increases because the sampling frequency is temporarily increased.
そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、良好な周波数特性を持つチェンバリンフィルタ係数を簡素な構成で求めることが可能なフィルタ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a conventional problem, and provides a filter device capable of obtaining a chambering filter coefficient having a good frequency characteristic with a simple configuration. Objective.
上記目的を達成するために、本発明は、入力されるデジタル楽音信号を設定される2つのフィルタ係数(F、W)に応じたフィルタリング特性でフィルタリングするチェンバリン型のフィルタ部と、前記2つのフィルタ係数(F、W)を求めて前記フィルタ部に設定する係数演算部と、を備え、
前記チェンバリン型のフィルタ部は、
第1の加算器(90)と、第2の加算器(91)と、フィルタ係数Fを有する第1の乗算器(92)と、第3の加算器(93)と、フィルタ係数Fを有する第2の乗算器(94)と、第4の加算器(95)とを直列に接続し、第1の遅延素子(98)によってフィルタ出力を前記第2の加算器(91)および前記第4の加算器(95)へ帰還させるように構成し、更に、第2の遅延素子(97)によって前記第3の加算器(93)出力をこの加算器93へ帰還させると共にフィルタ係数Wを有する第3の乗算器(96)を介して前記第1の加算器(90)へ帰還させるように構成され、
前記係数演算部は、
第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)と第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)とを受け付けて、「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる式で前記2つのフィルタ係数(F、W)を直接求め、
求めたフィルタ係数Fを前記第1の乗算器(92)及び前記第2の乗算器(94)に与えると共に、求めたフィルタ係数Wを前記第3の乗算器(96)に与える構成としたことを特徴とするようにした。
In order to achieve the above object, the present invention includes a chamberin type filter unit for filtering an input digital musical sound signal with a filtering characteristic according to two set filter coefficients (F, W), and the two A coefficient calculation unit that obtains a filter coefficient (F, W) and sets the filter coefficient in the filter unit,
The chamberin type filter unit is:
A first adder (90), a second adder (91), a first multiplier (92) having a filter coefficient F, a third adder (93), and a filter coefficient F; A second multiplier (94) and a fourth adder (95) are connected in series, and the filter output is output by the first delay element (98) to the second adder (91) and the fourth adder (95). The second delay element (97) feeds back the output of the third adder (93) to the
The coefficient calculator is
The cutoff frequency value (Fc) that is the first parameter and the resonance value (Q) that is the second parameter are received, and “F = (1 + Q) · Fc, W = (1−Q) · (2− Fc) "directly determines the two filter coefficients (F, W) ,
The obtained filter coefficient F is given to the first multiplier (92) and the second multiplier (94), and the obtained filter coefficient W is given to the third multiplier (96). It was made to feature.
この発明によれば、フィルタ部が、入力されるデジタル楽音信号を設定されるフィルタ係数(F、W)に応じたフィルタリング特性でフィルタリングし、係数演算部は前記フィルタ係数を求めて前記フィルタ部に設定するが、この係数演算部は、第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)と第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)とを受け付けて、「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる式で前記2つのフィルタ係数(F、W)を直接求め、求めたフィルタ係数(F、W)をフィルタ部に設定するので、係数テーブルを不要とし補間演算も不要とした簡素な構成でチェンバリンフィルタのフィルタ係数を求めることが可能なフィルタ装置を実現することが可能になる。なお、ここで、第1のパラメータであるカットオフ周波数値Fcは、増幅度が3dB低下する周波数を示すパラメータであり、第2のパラメータであるレゾナンス値Qは、周波数特性のピーキング状態の程度を示すパラメータである。 According to the present invention, the filter unit filters the input digital musical sound signal with a filtering characteristic corresponding to the set filter coefficient (F, W), and the coefficient calculation unit obtains the filter coefficient to the filter unit. The coefficient calculation unit accepts a cutoff frequency value (Fc) that is a first parameter and a resonance value (Q) that is a second parameter, and “F = (1 + Q) · Fc, W = (1-Q) · (2-Fc) "is used to directly obtain the two filter coefficients (F, W) and set the obtained filter coefficients (F, W) in the filter unit. It is possible to realize a filter device that can obtain a filter coefficient of a chambering filter with a simple configuration that is unnecessary and does not require an interpolation operation. Here, the cut-off frequency value Fc, which is the first parameter, is a parameter indicating the frequency at which the degree of amplification decreases by 3 dB, and the resonance value Q, which is the second parameter, indicates the degree of the peaking state of the frequency characteristic. It is a parameter to show.
そして、この簡素な式で、チェンバリンフィルタの2つのフィルタ係数(F、W)を求めることができるのは以下に説明する理由による。単純な1次IIR(Infinite Impulse Response:無限インパルス応答)フィルタによるLPF(ローパスフィルタ)では係数によるカットオフ周波数の制御が簡単であることと、チェンバリンフィルタ(後に実施の形態にて詳細に説明)は、それ自体で2次のIIRフィルタを構成していることから、チェンバリンフィルタの伝達関数が1次IIRを2段縦続接続した場合と同等になるように、チェンバリンフィルタの係数F、Wを考えた。図6は、1次IIRフィルタを2段縦続接続したもので、1段目は、係数kの乗算器400と加算器402とを接続し、この加算器402の出力を遅延素子404および係数「1−k」の乗算器406を介してフィードバックする構成の1次IIRフィルタとなっており、2段目も同様の構成の1次IIRフィルタであり、係数kの乗算器410と加算器412とを接続し、この加算器412の出力を遅延素子414および係数「1−k」の乗算器416を介してフィードバックする構成となっている。
The reason why the two filter coefficients (F, W) of the chamber filter can be obtained with this simple formula is as follows. LPF (low-pass filter) using a simple first-order IIR (Infinite Impulse Response) filter makes it easy to control the cutoff frequency by a coefficient, and a chamber filter (described in detail in an embodiment later). Constitutes a second-order IIR filter by itself, so that the transfer function of the chamber filter is equivalent to the case where the first-order IIR is cascaded in two stages, the coefficients F, W of the chamber filter Thought. FIG. 6 shows two-stage cascaded primary IIR filters. In the first stage, a
この1次IIRフィルタを2段縦続接続したタイプのフィルタの伝達関数は、図3の最上段に示すものとなる。一方、チェンバリンフィルタのLPF(ローパスフィルタ)の伝達関数は、図3の最上段から2番目に示すものとなる。そこで、最初に、レゾナンスをかけない状態を想定し、更に、1次IIRフィルタのカットオフ周波数は、係数kだけで容易に制御され、そのときの周波数特性も良好なため、これらの伝達関数が一致するようにチェンバリンフィルタの係数F、Wと係数kとを関連付けることを考える。まず、両伝達関数の分子が同じであるとしてkの2乗とFの2乗とが等しいことより「F=k」が導かれ、分母においては1次の項が等しいとして「−2(1−k)=−2+F・W+F∧2(以下∧は累乗を表現する。この場合のF∧2はFの2乗を意味する)」なる式と、「F=k」より「W=2−k」が得られる。なお、両伝達関数の分母の2次の項はこれらのF、Wを代入すると等しくなる。 The transfer function of a filter of the type in which the first-order IIR filters are cascade-connected is shown at the top of FIG. On the other hand, the transfer function of the LPF (low-pass filter) of the chamber filter is the second from the top in FIG. Therefore, first, assuming that no resonance is applied, the cutoff frequency of the first-order IIR filter is easily controlled only by the coefficient k, and the frequency characteristics at that time are also good. Consider associating coefficients F, W and coefficient k of the chamber filter so that they match. First, assuming that the numerators of both transfer functions are the same, “F = k” is derived from the fact that the square of k and the square of F are equal. In the denominator, the first-order terms are equal and “−2 (1 −k) = − 2 + F · W + F∧2 (hereinafter, ∧ represents a power. In this case, F∧2 represents the square of F) and “F = k”, “W = 2−2. k "is obtained. The quadratic terms of the denominators of both transfer functions are equal when F and W are substituted.
これらのことから、「F=k、W=2−k」とすることによって、1次IIRフィルタを2段縦続接続したものと同じ伝達関数をチェンバリンフィルタのLPF出力から得られるので、良好な周波数特性のチェンバリンフィルタ係数を簡単に得ることができる。以上はレゾナンスをかけない状態についての説明であるが、以下に、この簡単なフィルタ係数演算式に変形を施して、レゾナンスをかけられるようにすることを考える。さて、レゾナンスQが最大になる時には、チェンバリンフィルタの係数Wは「0」になることが知られており、これを実現するために次の演算を追加した。 From these facts, by setting “F = k, W = 2−k”, the same transfer function as that obtained by cascading the first-order IIR filters in two stages can be obtained from the LPF output of the chamber filter. The chamber characteristic filter coefficient of the frequency characteristic can be easily obtained. The above is a description of a state where no resonance is applied. In the following, it will be considered that the simple filter coefficient arithmetic expression is modified so that the resonance can be applied. When the resonance Q is maximized, it is known that the coefficient W of the chamber filter becomes “0”, and the following calculation is added to realize this.
1次IIRフィルタを2段縦続接続したフィルタで、カットオフ周波数を最低にし、レゾナンスを最大に上げた時、即ち、直流分DCにピークが立つ状態の時の伝達関数は、図3の上から3番目のようになる。この時、チェンバリンフィルタではフィルタ係数Wが「0」になるので、係数Fについて考える。但し、1次IIRフィルタと全く同じ伝達関数とはならないので、伝達関数の分母の項だけに注目し、フィルタの極が一致するとすれば、分母の1次の項が等しいことから「−2=−2+F・W+F∧2」即ち、「F∧2+F・W=0」となり、これと「W=0」より、「F=0」となる。また、分母の2次の項では「W=0」により「F・W=0」となるのでフィルタ係数Fは求められない。 The transfer function when the cutoff frequency is minimized and the resonance is maximized, that is, when the peak in the DC component DC rises, is a filter in which the first-order IIR filters are cascaded in two stages. It will be third. At this time, since the filter coefficient W is “0” in the chamber filter, the coefficient F is considered. However, since the transfer function is not exactly the same as that of the first-order IIR filter, paying attention to only the denominator term of the transfer function and assuming that the filter poles match, the first-order term of the denominator is equal to “−2 = −2 + F · W + F∧2 ”, that is,“ F∧2 + F · W = 0 ”. From this and“ W = 0 ”,“ F = 0 ”. In the second-order term of the denominator, “W = 0” results in “F · W = 0”, so the filter coefficient F cannot be obtained.
次に、1次IIRフィルタの2段縦続接続で、カットオフ周波数を最大にしてレゾナンスを最大にかけたときの伝達関数と、チェンバリンフィルタの伝達関数とから、チェンバリンフィルタのフィルタ係数Fを求める。1次IIRフィルタの2段縦続接続でカットオフ周波数、レゾナンスともに最大の場合の伝達関数は、図3の最下段(最上段から4番目)のようになる。ここで、伝達関数の分母のみについて考え、フィルタの極を一致させるものとする。両伝達関数の分母の1次の項が等しいとして「2=−2+F・W+F∧2」、即ち「F∧2+F・W=4」となり、これと「W=0」より、Fの2乗が4となり、「F=2」が得られる。 Next, the filter coefficient F of the chamber filter is obtained from the transfer function when the resonance is maximized by maximizing the cutoff frequency and the transfer function of the chamber filter using the two-stage cascade connection of the primary IIR filter. . The transfer function when the cut-off frequency and resonance are both maximum in the two-stage cascade connection of the primary IIR filter is as shown in the lowermost stage (fourth from the uppermost stage) in FIG. Here, only the denominator of the transfer function is considered, and the filter poles are made to coincide. Assuming that the first-order terms of the denominators of both transfer functions are equal, “2 = −2 + F · W + F∧2”, that is, “F∧2 + F · W = 4”. From this and “W = 0”, the square of F is 4, and “F = 2” is obtained.
したがって、「カットオフ周波数最小でレゾナンス最大の時は、F=0、W=0」となり、また、「カットオフ周波数最大でレゾナンス最大の時はF=2、W=0」とすると、レゾナンス最大のときのチェンバリンフィルタ用フィルタ係数F、Wが得られる。これらと、レゾナンスなしの時のkを用いた係数演算式「F=k、W=2−k」と、レゾナンスのパラメータQ(ここではQが「0」の時レゾナンス最小、Qが「1」の時レゾナンス最大とする)から、レゾナンスを可変にすることを考える。 Therefore, when “the cutoff frequency is minimum and the resonance is maximum, F = 0, W = 0”, and when “the cutoff frequency is maximum and the resonance is maximum, F = 2, W = 0”, the resonance is maximum. The filter coefficients F and W for the chamber filter are obtained. These, and a coefficient calculation expression “F = k, W = 2−k” using k when there is no resonance, and a resonance parameter Q (here, when Q is “0”, the resonance is minimum, and Q is “1”) In this case, the resonance is made maximum.
Fについては、「(1)レゾナンス最小(Q=0)の時、カットオフ周波数に係わらずF=k」、「(2)レゾナンス最大(Q=1)の時でカットオフ最小(k=0)の時、F=0」、「(3)レゾナンス最大(Q=1)の時でカットオフ最大(k=1)の時、F=2」となるので、これらを直線で結んで「F=(1+Q)・k」となる。一方、Wについては、カットオフ周波数に係わらず、「(1)レゾナンス最小(Q=0)の時、W=2−k」、「(2)レゾナンス最大(Q=1)の時、W=0」となるので、これらを直線で結んで「W=(1−Q)・(2−k)」となる。 For F, “(1) When resonance is minimum (Q = 0), F = k regardless of cutoff frequency”, “(2) When resonance is maximum (Q = 1), cutoff is minimum (k = 0) ), F = 0 ”,“ (3) Resonance maximum (Q = 1), and cutoff maximum (k = 1), F = 2 ”. = (1 + Q) · k ”. On the other hand, for W, regardless of the cut-off frequency, “(1) When resonance is minimum (Q = 0), W = 2−k”, “(2) When resonance is maximum (Q = 1), W = Therefore, “W = (1−Q) · (2−k)”.
したがって、これらをまとめると「F=(1+Q)・Fc、Q=(1−Q)・(2−Fc)」となり、簡単な演算でチェンバリンフィルタのフィルタ係数W、Fが求まり、大きな係数テーブルを不要とすることができるようになる。また、このフィルタ係数をチェンバリンフィルタに使用すると、レゾナンスをかけない状態ではその周波数特性は1次IIRフィルタを2段縦続接続したものと等しくなり、また、レゾナンスをかけた場合では最大ナイキスト周波数まで発振させることが可能となるため、これまでのチェンバリンフィルタの欠点を解消できるようになる。 Therefore, when these are put together, “F = (1 + Q) · Fc, Q = (1−Q) · (2−Fc)” is obtained, and the filter coefficients W and F of the chamber filter can be obtained by a simple calculation, and a large coefficient table is obtained. Can be made unnecessary. When this filter coefficient is used in a chamber filter, the frequency characteristics are equal to those obtained by cascading two stages of primary IIR filters when resonance is not applied, and up to the maximum Nyquist frequency when resonance is applied. Since it is possible to oscillate, it is possible to eliminate the disadvantages of the conventional chamber filter.
また、入力されるデジタル楽音信号を設定される2つのフィルタ係数(F、W)に応じたフィルタリング特性でフィルタリングするチェンバリン型のフィルタ部と、前記2つのフィルタ係数(F、W)を求めて前記フィルタ部に設定する係数演算部と、第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)とその数だけ所定値をかけあわせた累乗値(所定値のFc乗:Fcq)との組を複数組記憶する記憶部と、を備え、
前記チェンバリン型のフィルタ部は、
第1の加算器(90)と、第2の加算器(91)と、フィルタ係数Fを有する第1の乗算器(92)と、第3の加算器(93)と、フィルタ係数Fを有する第2の乗算器(94)と、第4の加算器(95)とを直列に接続し、第1の遅延素子(98)によってフィルタ出力を前記第2の加算器(91)および前記第4の加算器(95)へ帰還させるように構成し、更に、第2の遅延素子(97)によって前記第3の加算器(93)出力をこの加算器93へ帰還させると共にフィルタ係数Wを有する第3の乗算器(96)を介して前記第1の加算器(90)へ帰還させるように構成され、
前記係数演算部は、
前記記憶部の記憶内容を参照して、与えられた前記第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)に対応する累乗値(Fcq)を得る手段と、
与えられた第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)と前記得られた累乗値を「F=(1+Q)・Fcq、W=(1−Q)・(2−Fcq)」なる式に代入して前記フィルタ係数(F、W)を求める手段と、を含み、
求めたフィルタ係数Fを前記第1の乗算器(92)及び前記第2の乗算器(94)に与えると共に、求めたフィルタ係数Wを前記第3の乗算器(96)に与える構成としたことを特徴とするフィルタ装置も提供される。この発明においても、係数テーブルを不要とし補間演算も不要とした簡素な構成のフィルタ装置を実現することが可能になる。
In addition, a chamber type filter unit for filtering an input digital musical sound signal with a filtering characteristic corresponding to two set filter coefficients (F, W) and the two filter coefficients (F, W) are obtained. There are a plurality of sets of coefficient calculation units set in the filter unit, a cutoff frequency value (Fc) that is a first parameter, and a power value obtained by multiplying the number by a predetermined value (Fc raised to a predetermined value: Fcq). A storage unit for storing the set,
The chamberin type filter unit is:
A first adder (90), a second adder (91), a first multiplier (92) having a filter coefficient F, a third adder (93), and a filter coefficient F; A second multiplier (94) and a fourth adder (95) are connected in series, and the filter output is output by the first delay element (98) to the second adder (91) and the fourth adder (95). The second delay element (97) feeds back the output of the third adder (93) to the
The coefficient calculator is
Means for obtaining a power value (Fcq) corresponding to the cutoff frequency value (Fc) as the given first parameter with reference to the storage content of the storage unit;
The resonance value (Q) which is the given second parameter and the obtained power value are substituted into the formula “F = (1 + Q) · Fcq, W = (1−Q) · (2−Fcq)”. look including a means for determining the filter coefficients (F, W) Te,
The obtained filter coefficient F is given to the first multiplier (92) and the second multiplier (94), and the obtained filter coefficient W is given to the third multiplier (96). A filter device is also provided. Also in the present invention, it is possible to realize a filter device having a simple configuration that does not require a coefficient table and does not require an interpolation calculation.
本発明によれば、良好な周波数特性を持つチェンバリンフィルタ係数を簡素な構成で求めることが可能なフィルタ装置を実現することが可能になるという効果が得られる。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to realize a filter device capable of obtaining chamber chamber filter coefficients having a good frequency characteristic with a simple configuration.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明において、「チェンバリンフィルタ」とは、一般に、一つの2次IIR(Infinite Impulse Response:無限インパルス応答)フィルタからLPF(ローパスフィルタ)、HPF(ハイパスフィルタ)、BPF(バンドパスフィルタ)の出力を同時に得ることができるフィルタであり、状態変数型フィルタとも称され、アナログの状態変数型フィルタをデジタルに置きかえることで設計されるものである。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present invention, the term “chamberline filter” generally refers to one second-order IIR (Infinite Impulse Response) filter to LPF (low-pass filter), HPF (high-pass filter), BPF (band-pass filter). These filters are also called state variable filters, and are designed by digitally replacing analog state variable filters.
図1は本発明の実施形態のフィルタ装置1のブロック構成図である。このフィルタ装置1は、入力されるデジタル楽音信号を設定される2個のフィルタ係数F、Wに応じたフィルタリング特性でフィルタリングするチェンバリン型のフィルタ部300と、フィルタ係数F、Wを演算して求め、求めたフィルタ係数F、Wをフィルタ部300に設定する係数演算部200とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram of a
そして、CPU10は、ROM12に格納されたプログラムにしたがった動作等によって、ローパスフィルタのカットオフ周波数値(Fc:増幅度が3dB低下する周波数)とレゾナンス値(Q:周波数特性のピーキング状態の程度を示すパラメータ)を2つのパラメータとして供給するように構成されている。この際、カットオフ周波数値Fcとレゾナンス値Qは直接、係数演算部200に供給される。
Then, the
そして、係数演算部200は、先に説明した「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる簡単な式でフィルタ部300のフィルタ係数F、Wを求めて、フィルタ部300に設定するように構成されている。したがって、各々のフィルタ係数F、Wを求める式が簡単な式であるため、係数テーブル等を不要とし極めて簡単な演算式でフィルタ係数F、Wを求めることが可能になる。
The
図4はフィルタ部300(チェンバリンフィルタ)の構成例であり、加算器90、91、93、95、遅延素子97、98とフィルタ係数Fを有する乗算器92、94と、フィルタ係数Wを有する乗算器96とで構成されている。より詳細には、このチェンバリンフィルタは、第1の加算器である加算器90と、第2の加算器である加算器91と、フィルタ係数F(第1のフィルタ係数)を有する第1の乗算器である乗算器92と、第3の加算器である加算器93と、フィルタ係数F(第1のフィルタ係数)を有する第2の乗算器である乗算器94と、第4の加算器である加算器95とを直列に接続し、第1の遅延素子である遅延素子98によってフィルタ出力を第2の加算器である加算器91および第4の加算器である加算器95へ帰還させるように構成し、更に、第2の遅延素子である遅延素子97によって第3の加算器である加算器93の出力をこの加算器93へ帰還させると共にフィルタ係数W(第2のフィルタ係数)を有する第3の乗算器である乗算器96を介して第1の加算器である加算器90へ帰還させるように構成されている。そして、乗算器92、乗算器94、乗算器96のフィルタ係数F、Wは係数演算部200によって簡単な式によって求められ設定される。
FIG. 4 shows a configuration example of the filter unit 300 (chamberline filter), which includes
そして、図4に示すようにフィルタリング信号としてBRF(バンドリジェクトフィルタ)信号、HPF(ハイパスフィルタ)信号、BPF(バンドパスフィルタ)信号、LPF(ローパスフィルタ)信号として装置外部に出力される。かくして、フィルタ係数F、Wを所要の値に設定することにより、楽音信号の所望のフィルタリング信号が出力されるように構成されている。 Then, as shown in FIG. 4, the filtered signal is output to the outside of the apparatus as a BRF (band reject filter) signal, an HPF (high pass filter) signal, a BPF (band pass filter) signal, and an LPF (low pass filter) signal. Thus, by setting the filter coefficients F and W to required values, a desired filtering signal of the tone signal is output.
(動作)
フィルタ装置1の全体動作を説明すると以下のようになる。CPU10が2つのパラメータFc、Qを供給する。この際、パラメータFcとパラメータQは直接、係数演算部200に供給される。次いで、係数演算部200は、パラメータFc、パラメータQが与えられると、「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる簡単なフィルタ係数演算式でフィルタ部300のフィルタ係数F、Wを求めて、これをフィルタ部300に設定する。係数調整されたフィルタ部300は、調整された周波数特性で楽音信号のBRF信号、HPF信号、BPF信号、LPF信号を出力する。
(Operation)
The overall operation of the
したがって、この実施の形態によれば、フィルタ部300が、入力されるデジタル楽音信号を設定されるフィルタ係数F、Wに応じたフィルタリング特性でフィルタリングし、係数演算部200はフィルタ係数F、Wを求めてフィルタ部300に設定するが、この係数演算部200は、第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)と第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)とを直接受け付けて、「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる式で2つのフィルタ係数F、Wを直接求め、求めたフィルタ係数F、Wをフィルタ部300に設定するので、係数テーブルを不要とし補間演算も不要とした簡素な構成でチェンバリンフィルタのフィルタ係数を求めることが可能なフィルタ装置を実現することが可能になる。
Therefore, according to this embodiment, the
図9は本発明を適用したフィルタ装置1のLPF(ローパスフィルタ)出力の周波数特性の説明図であり、横軸に周波数(単位Hz)、縦軸に振幅(単位dB)としたもので、従来の手法に比べて(図8参照)、カットオフ周波数を上げていっても、LPF(ローパスフィルタ)出力の周波数特性において、特性曲線の持ち上がり等は発生せず、フィルタ係数が調整されても良好なローパスフィルタ特性を得ることができることが分かる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the frequency characteristics of the LPF (low pass filter) output of the
(他の実施形態)
図7は他の実施形態のフィルタ装置2のブロック構成図である。このフィルタ装置2は、図1のフィルタ装置1において、CPU10と係数演算部200との間にFc指数変換テーブル100を設けた点に特徴があり、その他の構成上の点は図1のフィルタ装置1と変る点がなく、フィルタ装置1の構成要素と同一のものには同一符合を付している。このフィルタ装置2においては、ユーザの鍵入力操作に応じて、Fcが指数関数的に変化する楽器装置等において、本発明を適用した場合を想定している。
(Other embodiments)
FIG. 7 is a block diagram of a
即ち、このフィルタ装置2は、入力されるデジタル楽音信号を設定されるフィルタ係数F、Wに応じたフィルタリング特性でフィルタリングするチェンバリン型のフィルタ部300と、フィルタ係数を演算して求め、求めたフィルタ係数(F、W)をフィルタ部300に設定する係数演算部200とを備えている。また、このフィルタ装置2はCPU10と係数演算部200との間にFc指数変換テーブル100を備えている。図2に示すように、このテーブル100は、パラメータFcと2のFc乗の値(Fcq:2(所定値)をFcで示す数だけかけあわせた累乗値)の組を複数組記憶している。図2に示す例では、Fc「a」、「b」、…、に対して夫々「2のa乗」、「2のb乗」、…、が組になって記憶されている。
That is, the
そして、Fcが与えられると、係数演算部200は、このFcに対応する2のFc乗の値をテーブル100の記憶内容を参照して得るように構成され、毎回、累乗値を演算することが不要となる。
When Fc is given, the
そして、CPU10は、ROM12に格納されたプログラムにしたがった動作等によって、ローパスフィルタのカットオフ周波数値(Fc:増幅度が3dB低下する周波数)とレゾナンス値(Q:周波数特性のピーキング状態の程度を示すパラメータ)を2つのパラメータとして供給するように構成されている。この際、レゾナンス値Qは直接、係数演算部200に供給される一方、カットオフ周波数FcはFc指数変換テーブル100に供給される。先にも説明したように係数演算部200は、Fcに対応する2のFc乗の値をテーブル100の記憶内容を参照して得る。
Then, the
そして、2つのパラメータを用いて定義された式にカットオフ周波数値と2のFc乗値(Fcq)を代入してフィルタ係数F、Wを求める。具体的には、先に説明した「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる式のQの値はCPU10から直接得た値を代入する一方、Fcの値には、Fc指数変換テーブル100から得られた、2のFc乗値である「Fcq」を代入して、2つのフィルタ係数F、Wを得る。したがって、このフィルタ装置2にあっても、各々のフィルタ係数F、Wを求める式が簡単な式であるため、係数テーブル等を不要とし極めて簡単な演算式でフィルタ係数F、Wを求めることが可能になる。
Then, the filter coefficients F and W are obtained by substituting the cutoff frequency value and the 2nd power of Fc (Fcq) into an expression defined using two parameters. Specifically, the value of Q in the expression “F = (1 + Q) · Fc, W = (1−Q) · (2−Fc)” described above is substituted with the value obtained directly from the
(動作)
フィルタ装置2の全体動作を説明すると以下のようになる。CPU10が2つのパラメータFc、Qを供給する。この際、パラメータQは直接、係数演算部200に供給される一方、パラメータFcはFc指数変換テーブル100に供給される。
(Operation)
The overall operation of the
次いで、係数演算部200は、Fcが与えられると、このFcに対応する2のFc乗の値(Fcq)をテーブル100の記憶内容を参照して得る。そして、係数演算部200は、「F=(1+Q)・Fcq、W=(1−Q)・(2−Fcq)」なる簡単なフィルタ係数演算式でフィルタ部300のフィルタ係数F、Wを求めて、これをフィルタ部300に設定する。係数調整されたフィルタ部300は、調整された周波数特性で楽音信号のBRF信号、HPF信号、BPF信号、LPF信号を出力する。
Next, when Fc is given, the
したがって、本実施形態によれば、チェンバリン型のフィルタであるフィルタ部300が、入力されるデジタル楽音信号を設定されるフィルタ係数F、Wに応じたフィルタリング特性でフィルタリングし、係数演算部200はフィルタ係数を求めてフィルタ部300に設定するが、この係数演算部200は、Fc指数変換テーブル100(記憶部)の記憶内容を参照して、与えられた第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)に対応する累乗値(Fcq)を得て、直接与えられた第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)と上記累乗値とを「F=(1+Q)・Fcq、W=(1−Q)・(2−Fcq)」なる式に代入してフィルタ係数F、Wを求めるので、係数テーブルを不要とし補間演算も不要とした簡素な構成のフィルタ装置を実現することが可能になる。しかも、ユーザの鍵入力操作に応じて、Fcが指数関数的に変化する楽器装置等において、本発明を適用することが極めて容易としている。
Therefore, according to the present embodiment, the
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で上記実施形態に種々の変形や変更を施すことが可能となる。また、フィルタ装置1の構成を可能な限り専用のLSI等のハードウエアで実現することもできるし、その機能を可能な限りCPU(又はDSP)が動作プログラムを実行することによって実現することも可能である。また、図2に示すFc指数変換テーブル100にあっては、2のFc乗を設定しているが2以外の所定値のFc乗を設定するようにしても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications and changes can be made to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention. Further, the configuration of the
以上説明してきたように、チェンバリンフィルタ係数を簡素な構成で求めることが可能で、楽音信号等の処理に好適なフィルタ装置を提供することができる。 As described above, a chamber device filter coefficient can be obtained with a simple configuration, and a filter device suitable for processing musical tone signals and the like can be provided.
1 フィルタ装置
2 フィルタ装置
10 CPU
12 ROM
90 加算器
91 加算器
93 加算器
94 乗算器
95 加算器
96 乗算器
97 遅延素子
98 遅延素子
100 Fc指数変換テーブル
200 係数演算部
300 フィルタ部
1
12 ROM
90
Claims (2)
前記チェンバリン型のフィルタ部は、
第1の加算器(90)と、第2の加算器(91)と、フィルタ係数Fを有する第1の乗算器(92)と、第3の加算器(93)と、フィルタ係数Fを有する第2の乗算器(94)と、第4の加算器(95)とを直列に接続し、第1の遅延素子(98)によってフィルタ出力を前記第2の加算器(91)および前記第4の加算器(95)へ帰還させるように構成し、更に、第2の遅延素子(97)によって前記第3の加算器(93)出力をこの加算器93へ帰還させると共にフィルタ係数Wを有する第3の乗算器(96)を介して前記第1の加算器(90)へ帰還させるように構成され、
前記係数演算部は、
第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)と第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)とを受け付けて、「F=(1+Q)・Fc、W=(1−Q)・(2−Fc)」なる式で前記2つのフィルタ係数(F、W)を直接求め、
求めたフィルタ係数Fを前記第1の乗算器(92)及び前記第2の乗算器(94)に与えると共に、求めたフィルタ係数Wを前記第3の乗算器(96)に与える構成としたことを特徴とするフィルタ装置。 A chamber type filter unit for filtering an input digital musical sound signal with a filtering characteristic according to two set filter coefficients (F, W), and the two filter coefficients (F, W) to obtain the filter A coefficient calculation unit to be set in the unit,
The chamberin type filter unit is:
A first adder (90), a second adder (91), a first multiplier (92) having a filter coefficient F, a third adder (93), and a filter coefficient F; A second multiplier (94) and a fourth adder (95) are connected in series, and the filter output is output by the first delay element (98) to the second adder (91) and the fourth adder (95). The second delay element (97) feeds back the output of the third adder (93) to the adder 93 and has a filter coefficient W. Configured to feed back to the first adder (90) through a multiplier (3) of 3;
The coefficient calculator is
The cutoff frequency value (Fc) that is the first parameter and the resonance value (Q) that is the second parameter are received, and “F = (1 + Q) · Fc, W = (1−Q) · (2− Fc) "directly determines the two filter coefficients (F, W) ,
The obtained filter coefficient F is given to the first multiplier (92) and the second multiplier (94), and the obtained filter coefficient W is given to the third multiplier (96). A filter device.
前記チェンバリン型のフィルタ部は、
第1の加算器(90)と、第2の加算器(91)と、フィルタ係数Fを有する第1の乗算器(92)と、第3の加算器(93)と、フィルタ係数Fを有する第2の乗算器(94)と、第4の加算器(95)とを直列に接続し、第1の遅延素子(98)によってフィルタ出力を前記第2の加算器(91)および前記第4の加算器(95)へ帰還させるように構成し、更に、第2の遅延素子(97)によって前記第3の加算器(93)出力をこの加算器93へ帰還させると共にフィルタ係数Wを有する第3の乗算器(96)を介して前記第1の加算器(90)へ帰還させるように構成され、
前記係数演算部は、
前記記憶部の記憶内容を参照して、与えられた前記第1のパラメータであるカットオフ周波数値(Fc)に対応する累乗値(Fcq)を得る手段と、
与えられた第2のパラメータであるレゾナンス値(Q)と前記得られた累乗値を「F=(1+Q)・Fcq、W=(1−Q)・(2−Fcq)」なる式に代入して前記フィルタ係数(F、W)を求める手段と、を含み、
求めたフィルタ係数Fを前記第1の乗算器(92)及び前記第2の乗算器(94)に与えると共に、求めたフィルタ係数Wを前記第3の乗算器(96)に与える構成としたことを特徴とするフィルタ装置。 A chamber type filter unit for filtering an input digital musical sound signal with a filtering characteristic according to two set filter coefficients (F, W), and the two filter coefficients (F, W) to obtain the filter A plurality of sets of coefficient calculation units to be set in the unit, a cutoff frequency value (Fc) that is the first parameter, and a power value obtained by multiplying that number by a predetermined value (Fc raised to a predetermined value: Fcq) A storage unit,
The chamberin type filter unit is:
A first adder (90), a second adder (91), a first multiplier (92) having a filter coefficient F, a third adder (93), and a filter coefficient F; A second multiplier (94) and a fourth adder (95) are connected in series, and the filter output is output by the first delay element (98) to the second adder (91) and the fourth adder (95). The second delay element (97) feeds back the output of the third adder (93) to the adder 93 and has a filter coefficient W. Configured to feed back to the first adder (90) through a multiplier (3) of 3;
The coefficient calculator is
Means for obtaining a power value (Fcq) corresponding to the cutoff frequency value (Fc) as the given first parameter with reference to the storage content of the storage unit;
The resonance value (Q) which is the given second parameter and the obtained power value are substituted into the formula “F = (1 + Q) · Fcq, W = (1−Q) · (2−Fcq)”. look including a means for determining the filter coefficients (F, W) Te,
The obtained filter coefficient F is given to the first multiplier (92) and the second multiplier (94), and the obtained filter coefficient W is given to the third multiplier (96). A filter device.
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