JP2007034099A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＦＭ音源において、発音中に多彩な音色変動を実現できるようにする。
【解決手段】 モジュレータとして機能するオペレータ５２およびキャリアとして機能するオペレータ５８の各後段に、イコライザ５４，６０を介挿した。イコライザ５４，６０は、複数の中心周波数に対してピークまたはノッチを与えるデジタルフィルタによって構成され、これによって各オペレータの出力信号に含まれる高調波成分等のレベルを調整することにより、発音中であっても音色を変動させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、周波数変調（ＦＭ）方式によって楽音を生成するために用いて好適な楽音合成装置に関する。

従来より、周波数変調方式の楽音合成装置（ＦＭ音源）は、シンセサイザ、電子オルガン、携帯電話器等の分野において広く用いられている。このＦＭ音源は、モジュレータ（変調信号発生部）とキャリア（主メロディ発生部）とから構成される。また、モジュレータ側に時変動ＬＰＦを設けることによって複雑な音色を付与できるものが特許文献１に開示されている。各オペレータにおいては、サイン波、三角波、矩形波等の１周期分の波形データを記憶した波形テーブルが設けられている。そして、各オペレータに対して与えられたピッチパラメータに応じた読出し速度で該波形テーブルの読出しアドレスが変更され、この読出しアドレスによってアクセスされたサンプル値が各オペレータから出力されることになる。

特開平３−１２１４９９号公報

しかし、ＦＭ音源のオペレータにおいては、発音中に適切なタイミングでピッチパラメータや波形データを変更することは困難であった。すなわち、ピッチパラメータや波形データを変更すること自体は可能であっても、変更した結果、発生する楽音信号中に異音が生じる等の問題が生じるため、発音中はピッチパラメータや波形データを一定にしておく必要があった。なお、波形テーブルの読出しアドレスに対してビブラート処理を施すことは可能であり短期的にはピッチパラメータを変更したのと同様の効果を得ることもできるが、巨視的に見ればピッチパラメータを一定にせざるを得なかった。これにより、従来のＦＭ音源においては、発音中において実行可能な音色変動の幅は小さいものに留まっていた。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、発音中に多彩な音色変動を実現できる楽音合成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の楽音合成装置にあっては、変調信号（Ｓ52）を生成する第１のオペレータ（５２，２０２）と、該変調信号（Ｓ52）によって変調される楽音信号（Ｓ58）を生成する第２のオペレータ（５８，２０６）と、前記第１または第２のオペレータの後段に介挿され、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の自然数）の中心周波数（ｆp1，ｆp2，ｆp3，ｆm1,ｆm2,ｆm3）においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザ（５４，６０，２１０）とを有することを特徴とする。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の楽音合成装置において、前記イコライザ（２１０）を前記第１のオペレータ（２０２）の後段に介挿する第１の接続態様、前記イコライザ（２１０）を前記第２のオペレータ（２０６）の後段に介挿する第２の接続態様、または前記イコライザ（２１０）を介挿しない第３の接続態様のうち何れかの接続態様を指定する選択信号（ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３）を出力する制御手段（６）と、該選択信号に応じて前記イコライザ（２１０）の接続状態を切り替えるセレクタ（２０４，２０８，２１２）とをさらに有することを特徴とする。
さらに、請求項３記載の構成にあっては、請求項１または２記載の楽音合成装置において、前記変調信号（Ｓ52）は複数の高調波成分（ｆmq）を有するものであり、前記イコライザ（５４）は、前記第１のオペレータ（５２）の後段に介挿されるものであり、前記制御手段（６）は、前記第１ないし第ｎの中心周波数（ｆm1,ｆm2,ｆm3）を、前記高調波成分（ｆmq）のうち周波数の低い順に選択したｎ個の高調波成分（ｆmq）の周波数に設定するものであることを特徴とする。
さらに、請求項４記載の構成にあっては、請求項１または２記載の楽音合成装置において、前記イコライザ（５４）は、前記第２のオペレータ（５８）の後段に介挿されるものであり、前記制御手段（６）は、前記変調信号（Ｓ52）の周波数をｆmとし、前記楽音信号（Ｓ58）のキャリア周波数をｆcとしたとき、前記第１ないし第ｎの中心周波数を、「ｆc＋ｋｆm」（ｋは自然数）の何れかに各々設定するものであることを特徴とする。

このように、本発明によれば、第１または第２のオペレータの後段に介挿され、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の自然数）の中心周波数においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザを設けたから、該イコライザにおいて高調波成分等を自由に調整することができ、発音中においても多彩な音色変動を実現することができる。

1．第１実施例
1．1．第１実施例のハードウエア構成
次に、本発明の第１実施例の音源装置の構成を図１を参照して説明する。
図において６はＣＰＵであり、ＲＯＭ２に記憶されたプログラムに基づいて、バス８を介して音源装置内の各部を制御する。４はＲＡＭであり、ＣＰＵ６のワークメモリとして使用される。１０は通信インタフェースであり、ＭＩＤＩ信号等を入出力する。１２は表示部であり、ユーザに対して各種情報を表示する。１４は操作部であり、各種スイッチ、ポインティングデバイス等から構成されている。１６はＤＳＰであり、後述するアルゴリズムを記述したマイクロプログラムに基づいて楽音信号を合成する。１８はＤＡコンバータであり、合成された楽音信号をアナログ信号として出力する。

1．2．第１実施例のアルゴリズム構成
次に、ＤＳＰ１６において実現されるアルゴリズムの構成を図２を参照し説明する。
図において５２はモジュレータとして機能するオペレータであり、変調信号として零信号を受信するとともに、パラメータ群ＯＰＰ１に基づいて信号Ｓ52を合成する。５４はイコライザであり、パラメータ群ＥＱＰ１に基づいて、信号Ｓ52に対してフィルタリング処理を施し、その結果を信号Ｓ54として出力する。５６はセレクタであり、選択信号ＳＥＬ１に基づいて信号Ｓ52，Ｓ54のうち一方を選択し、その結果を信号Ｓ56として出力する。５８はキャリアとして機能するオペレータであり、信号Ｓ56を変調信号として受信し、この信号Ｓ56とパラメータ群ＯＰＰ２とに基づいて信号Ｓ58を出力する。６０はイコライザであり、パラメータ群ＥＱＰ２に基づいて、信号Ｓ58に対してフィルタリング処理を施し、その結果を信号Ｓ60として出力する。６２はセレクタであり、選択信号ＳＥＬ２に基づいて信号Ｓ58，Ｓ60のうち一方を選択し、その結果を出力信号Ｓoutとして出力する。上述した各パラメータ群ＯＰＰ１，ＯＰＰ２，ＥＱＰ１，ＥＱＰ２および選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２は、ＣＰＵ６によって与えられるものである。

次に、各オペレータ５２，５８の詳細構成を図３を参照し説明する。
図において７２はセレクタであり、フィードバックオン・オフ信号ＦＢに基づいて、外部から供給された変調信号ＩＮまたはフィードバック信号Ｓ70のうち一方を選択し、変調信号Ｓ72として出力する。７４はフェーズジェネレータであり、ピッチを指定するピッチパラメータＰＴＰに基づいて、当該ピッチを周期とする鋸歯状波の基本位相信号Ｓ74を出力する。７６は加算器であり、変調信号Ｓ72と基本位相信号Ｓ74とを加算し、この結果を位相信号Ｓ76として出力する。８０はウエーブテーブルであり、サイン波、矩形波、三角波等の種別の各１周期の波形データが記憶されている。７８はアドレスジェネレータであり、上記波形データの種別を指定する波形パラメータＷＰを受信すると、当該種別に応じたオフセット値を位相信号Ｓ76に加算し、この結果をアドレス信号Ｓ78としてウエーブテーブル８０に供給する。

これにより、ウエーブテーブル８０においては、波形パラメータＷＰに係る波形データの位相信号Ｓ76におけるサンプル値が読み出され、その結果が信号Ｓ80として出力される。８２はエンベロープジェネレータであり、複数種類のエンベロープデータが記憶されており、これら何れかのエンベロープデータを指定するエンベロープパラメータＥＰが供給されると、対応するエンベロープデータにおける刻々の瞬時値であるエンベロープ信号Ｓ82を出力する。８４は乗算器であり、信号Ｓ80，Ｓ82を乗算し、その結果を出力信号ＯＵＴとして出力する。この出力信号ＯＵＴには乗算器７０を介して所定のフィードバックゲインが乗算され、その結果がフィードバック信号Ｓ70としてセレクタ７２に供給される。
なお、図１において説明したオペレータ用のパラメータ群ＯＰＰ１，ＯＰＰ２とは、上述した各パラメータＦＢ，ＰＴＰ，ＷＰ，ＥＰを総称したものである。

次に、各イコライザ５４，６０の詳細構成を図４を参照し説明する。
図において１０１〜１１２は遅延回路であり、各々入力された信号を１サンプリング周期だけ遅延させて出力する。１３０〜１３４，１５０〜１５４，１７０〜１７４は乗算器であり、各々入力された信号に対して係数Ｐ1_0〜Ｐ1_4，Ｐ2_0〜Ｐ2_4，Ｐ3_0〜Ｐ3_4を乗算し出力する。１３５，１５５，１７５は加算器であり、各々乗算器１３０〜１３４，１５０〜１５４，１７０〜１７４の出力信号を加算して出力する。なお、図１において説明したイコライザ用のパラメータ群ＥＱＰ１，ＥＱＰ２とは、係数Ｐ1_0〜Ｐ1_4，Ｐ2_0〜Ｐ2_4，Ｐ3_0〜Ｐ3_4を総称したものである。ここで、乗算器１３０〜１３４と加算器１３５、乗算器１５０〜１５４と加算器１５５、および乗算器１７０〜１７４と加算器１７５は、各々独立したピーキングフィルタ（またはノッチフィルタ）１２０、１４０、および１６０を構成する。従って、イコライザ５４，６０は、入力された信号に対して、各々最大「３」のピーク（またはノッチ）を有する周波数特性を付与して出力することができる。

ここで、各フィルタにおける係数Ｐk_0〜Ｐk_4（但し、kは１〜３の何れか）の決定方法について説明しておく。サンプリング周波数をｆsとし、フィルタ１２０、１４０、１６０のうちあるフィルタにおいて、中心周波数をｆp、共振の鋭さをＱ、中心周波数ｆpのゲインをＧ[dB] とするフィルタリング特性を付与することとしたとき、Ａ＝１０^G/40、ω＝２π・ｆp／ｆs、α＝(sinω)／２Ｑ、β＝１＋α／Ａとおくと、各係数Ｐk_0〜Ｐk_4は以下のようにして求められる。
Ｐk_0＝Ｐk_2＝Ｐk_4＝（１＋α・Ａ）／β、
Ｐk_1＝Ｐk_3＝−２（cosω）／β。

1．3．第１実施例の動作
まず、オペレータ５２，５８において、各々波形パラメータＷＰとして「正弦波」が選択され、オペレータ５２においては変調周波数ｆm、オペレータ５８においてはキャリア周波数ｆcに係るピッチパラメータＰＴＰが選択され、両オペレータにてフィードバックオン・オフ信号ＦＢがオフ状態（外部入力の変調信号を選択）に設定されたとする。かかる場合は、信号Ｓ58において、元々のキャリア周波数ｆcの周波数成分に加えて、「ｆc ±ｋ・ｆm」（但し、ｋは自然数）の高調波成分が生じる。オペレータ５２，５８において選択された波形が正弦波以外のものであった場合は、その波形を構成する複数の正弦波成分毎に同様の高調波成分が生じることになる。しかし、これら高調波成分のうち、選択された両波形の基本波であるキャリア周波数ｆcと変調周波数ｆmとによって生じる高調波成分「ｆc ±ｋ・ｆm」のエネルギーは比較的高く、しかも自然数ｋの値が小さいほどエネルギーが高くなる傾向がある。そして、通常は、変調周波数ｆmとしてはキャリア周波数ｆc以上の周波数が選択されるから、周波数成分「ｆc ＋ｋ・ｆm」のうち自然数ｋの値が低いものほどエネルギーが大きくなる傾向がある。

一般に、エネルギーが大きい周波数成分ほど音色に対して重要な影響を及ぼすことが多い。そこで、かかる場合においては、周波数成分「ｆc ＋ｋ・ｆm」のうち自然数ｋの小さい順、すなわち周波数成分「ｆp1＝ｆc ＋ｆm」、「ｆp2＝ｆc ＋２ｆm」、「ｆp3 ＝ｆc ＋３ｆm」をイコライザ６０においてピーク（またはノッチ）を付与する中心周波数とするとよい。そして、生成しようとする音色に基づいてこれら中心周波数ｆp1，ｆp2，ｆp3 におけるゲインＧp1，Ｇp2，Ｇp3をイコライザ６０に設定するとよい。

また、オペレータ５２において生成される信号Ｓ52が変調周波数ｆm以外に複数の高調波成分ｆmq （ｑ＝１，２，３，……）を含む場合、後段のオペレータ５８において生成される信号Ｓ58には、各々対応する周波数成分「ｆc ＋ｋ・ｆmq」が含まれることになる。これら信号Ｓ52に含まれる各周波数成分のエネルギーは、信号Ｓ52に含まれる高調波成分ｆmqのエネルギーに比例するから、該高調波成分ｆmqのエネルギーを増減することによって、信号Ｓ58内の周波数成分「ｆc ＋ｋ・ｆmq」のエネルギーを増減することができる。これら高調波成分ｆmqのエネルギーも周波数が低くなるほど高くなる傾向があり、エネルギーが大きい周波数成分ほど音色に対して重要な影響を及ぼすことが多い。そこで、かかる場合には、高調波成分ｆmqのうち周波数の低い順に選んだ周波数ｆm1, ｆm2, ｆm3を、イコライザ５４においてピーク（またはノッチ）を付与する中心周波数とよい。そして、生成しようとする音色に基づいてこれら中心周波数ｆm1, ｆm2, ｆm3におけるゲインＧr1，Ｇr2，Ｇr3をイコライザ５４に設定するとよい。

以上のように本実施例によれば、イコライザ５４，６０に与えるパラメータ群ＥＱＰ１，ＥＱＰ２に応じて、多彩な音色の楽音信号を生成することができる。ここで、イコライザ６０の中心周波数ｆp1，ｆp2，ｆp3およびゲインＧp1，Ｇp2，Ｇp3、イコライザ５４の中心周波数ｆm1, ｆm2, ｆm3およびゲインＧr1，Ｇr2，Ｇr3は、固定的に設定する必要は全くなく、発音中に変更しても特に楽音信号に支障が生じるものではない。従って、本実施例においては、発音中に音色を変動させる際に、オペレータ５２，５８に与えるピッチパラメータＰＴＰおよび波形パラメータＷＰ等を変更する必要はなく、パラメータ群ＥＱＰ１，ＥＱＰ２を変更することによって多彩な音色変動を実現することが可能である。なお、音色変動のタイミングは、楽音信号の生成を開始した後の時刻の進行や、通信インタフェース１０から受信したＭＩＤＩ等に基づいて、適宜指定することができる。

2．第２実施例
次に、本発明の第２実施例の音源装置について説明する。第２実施例の音源装置のハードウエア構成は第１実施例のもの（図１）と同様であるが、アルゴリズムの全体構成は図５(a)に示す通りになっている。図５(a)において２０２はモジュレータとして機能するオペレータであり、パラメータ群ＯＰＰ１に基づいて変調信号を合成し、セレクタ２０４，２０８に出力する。２０６はキャリアとして機能するオペレータであり、セレクタ２０４を介して受信した変調信号と、パラメータ群ＯＰＰ２とに基づいて楽音信号を合成し、セレクタ２０８，２１２に出力する。２１０はイコライザであり、セレクタ２０８を介して受信した信号に対してパラメータ群ＥＱＰ１に基づくイコライジング処理を施し、その結果をセレクタ２０４，２１２に出力する。

ここで、各オペレータ２０２，２０６およびイコライザ２１０の詳細構成は第１実施例のもの（図３，図４）と同様である。セレクタ２０４，２０８，２１２は、各々選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３に基づいて、各々入力された２系統の信号のうち一方を選択し出力する。オペレータ２０２とオペレータ２０６との間にイコライザ２１０を介挿する場合には、図５(b)の最上段にあるように、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３は「１，１，０」に設定される。また、オペレータ２０６の後段にイコライザ２１０を介挿する場合には、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３は「０，０，１」に設定される。また、イコライザ２１０を使用しない場合には、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ３は「０，０」に設定される。

また、第１実施例のものと同様に、パラメータ群ＯＰＰ１，ＯＰＰ２，ＥＱＰ１および選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３はＣＰＵ６によって与えられるものである。このように、本実施例においては、１台のイコライザ２１０の介挿箇所をセレクタ２０４，２０８，２１２によって任意に設定できるため、１台のイコライザのみを用いる場合においても、多彩な音色を合成することができる。なお、イコライザ２１０における中心周波数は、イコライザ２１０をオペレータ２０２の後段に介挿する場合は第１実施例のイコライザ５４と同様に設定し、オペレータ２０６の後段に介挿する場合はイコライザ６０と同様に設定するとよい。

3．変形例
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
(1)上記各実施例においては、ＤＳＰ１６上で動作するマイクロプログラムによって各種アルゴリズムを実行したが、このマイクロプログラムのみをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の記録媒体に格納して頒布し、あるいは伝送路を通じて頒布することもできる。また、上記各アルゴリズムは必ずしもＤＳＰによって実現する必要はなく、各アルゴリズムをハードウエアのデジタル回路によって実現することもできる。

(2)上記各実施例において、各イコライザ５４，６０，２１０の中心周波数の数は「３」以上であってもよく、各中心周波数の決定方法も上述したものに限られるものではなく、合成しようとする波形に応じて決定するとよい。例えば、イコライザ６０の中心周波数ｆp1，ｆp2，ｆp3は、キャリア周波数ｆcの奇数調波を増幅し、偶数調波を減衰させるように設定するような例が考えられる。

本発明の第１実施例の音源装置のブロック図である。 第１実施例のアルゴリズムのブロック図である。 オペレータのアルゴリズムのブロック図である。 イコライザのアルゴリズムのブロック図である。 第２実施例のアルゴリズムのブロック図である。

符号の説明

２：ＲＯＭ、４：ＲＡＭ、６：ＣＰＵ（制御手段）、８：バス、１０：通信インタフェース、１２：表示部、１４：操作部、１６：ＤＳＰ、１８：ＤＡコンバータ、５２，５８：オペレータ、５４，６０：イコライザ、５６，６２：セレクタ、７０：乗算器、７２：セレクタ、７４：フェーズジェネレータ、７６：加算器、７８：アドレスジェネレータ、８０：ウエーブテーブル、８２：エンベロープジェネレータ、８４：乗算器、１０１〜１１２：遅延回路、１２０，１４０，１６０：フィルタ、１３０〜１３４，１５０〜１５４，１７０〜１７４：乗算器、１３５，１５５，１７５：加算器、２０２，２０６：オペレータ、２０４，２０８，２１２：セレクタ、２１０：イコライザ。

Claims (4)

1. 変調信号を生成する第１のオペレータと、
   該変調信号によって変調される楽音信号を生成する第２のオペレータと、
   前記第１または第２のオペレータの後段に介挿され、第１ないし第ｎ（ｎは２以上の自然数）の中心周波数においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザと
   を有することを特徴とする楽音合成装置。
2. 前記イコライザを前記第１のオペレータの後段に介挿する第１の接続態様、前記イコライザを前記第２のオペレータの後段に介挿する第２の接続態様、または前記イコライザを介挿しない第３の接続態様のうち何れかの接続態様を指定する選択信号を出力する制御手段と、
   該選択信号に応じて前記イコライザの接続状態を切り替えるセレクタと
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。
3. 前記変調信号は複数の高調波成分を有するものであり、
   前記イコライザは、前記第１のオペレータの後段に介挿されるものであり、
   前記制御手段は、前記第１ないし第ｎの中心周波数を、前記高調波成分のうち周波数の低い順に選択したｎ個の高調波成分の周波数に設定するものである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の楽音合成装置。
4. 前記イコライザは、前記第２のオペレータの後段に介挿されるものであり、 前記制御手段は、前記変調信号の周波数をｆmとし、前記楽音信号のキャリア周波数をｆcとしたとき、前記第１ないし第ｎの中心周波数を、「ｆc ＋ｋｆm」（ｋは自然数）の何れかに各々設定するものである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の楽音合成装置。

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