(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットを複数の所定の音高毎に記憶した楽音パラメータ記憶手段と、
発音すべき楽音の音高を指定する音高指定手段と、
前記複数の所定の音高のうち、前記指定された音高以下の第１の音高と前記入力された音高より高い第２の音高とを決定し、該第１の音高の楽音パラメータのセットと前記第２の音高の楽音パラメータのセットとを前記楽音パラメータ記憶手段からそれぞれ読み出すとともに、該読み出した
楽音パラメータの同種対応の楽音パラメータ間を前記指定された音高による前記第１および第２の音高間の比例配分で補間して前記指定された音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットをそれぞれ生成する楽音パラメータ生成手段と、
該生成された複数種類１組の楽音パラメータのセットに基づいて上記指定された音高に対応する楽音を合成する楽音合成手段と
を備えたことを特徴とする楽音合成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットを複数の所定の音高にそれぞれ対応させ、この複数種類の楽音パラメータのセットに基づいて楽音を合成する楽音合成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、例えば特開平５−１０８０７７号公報に開示されている音源装置がある。この音源装置は、ＢＰＦアレイやＦＦＴアナライザ等により楽音波形データをスペクトル分析して、そのスペクトルの周波数帯域に対応する複数チャンネルの周波数データと強度データを１組の楽音パラメータとして記憶回路に記憶し、楽音発生時に記憶回路から各チャンネルの周波数データと強度データを時系列に読み出して楽音を合成するものである。このような分析合成方式によれば、周波数データや強度データのような楽音パラメータは加工性がよいので、楽音波形を柔軟に制御することができる。
【０００３】
また、特開平５−１０８０７７号公報には上記音源装置を電子鍵盤楽器に適用する例として、周波数データと強度データからなるボイスデータを１音色に１組だけ備え、鍵盤で指定された音高に応じて周波数データをシフト部でシフトすることにより各鍵に対応する音高の楽音を発生する方法や、このシフトを必要としない方法として、全ての鍵に対応するボイスデータを用いるマルチサンプリングの例が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピッチベンドやポルタメント等の制御で楽音の音高（ピッチ）を連続的に変化させる場合すなわち鍵に対応する離散的な音高変化ではなくて滑らかに音高変化させる場合、上記従来の装置であれば、シフト部により周波数データを連続的にシフトすることが考えられるが、このようにすると、聴感上、不自然な音質となることがある。このことは、マルチサンプリングの場合でも、周波数データのみをシフトさせただけでは同様に音質的に問題がある。
【０００５】
本発明は、音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットを複数の所定の音高にそれぞれ対応させ、この複数種類の楽音パラメータのセットに基づいて楽音を合成する楽音合成装置において、指定音高に対応した自然な音質を得るとともに指定音高の変化に対して自然な音質的変化を伴ったピッチシフト感を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになした本発明の楽音合成装置は、音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットを複数の所定の音高毎に記憶した楽音パラメータ記憶手段と、発音すべき楽音の音高を指定する音高指定手段と、前記複数の所定の音高のうち、前記指定された音高以下の第１の音高と前記入力された音高より高い第２の音高とを決定し、該第１の音高の楽音パラメータのセットと前記第２の音高の楽音パラメータのセットとを前記楽音パラメータ記憶手段からそれぞれ読み出すとともに、該読み出した楽音パラメータの同種対応の楽音パラメータ間を前記指定された音高による前記第１および第２の音高間の比例配分で補間して前記指定された音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットをそれぞれ生成する楽音パラメータ生成手段と、該生成された複数種類１組の楽音パラメータのセットに基づいて上記指定された音高に対応する楽音を合成する楽音合成手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明の楽音合成装置において、楽音は音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットに基づいて合成される。また、発音すべき楽音の音高を指定すると、指定された音高以下の第１の音高の楽音パラメータのセットと入力された音高より高い第２の音高の楽音パラメータのセットとが楽音パラメータ記憶手段からそれぞれ読み出され、この読み出した楽音パラメータの同種対応の楽音パラメータ間を指定された音高による第１および第２の音高間の比例配分で補間して、指定された音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットがそれぞれ生成される。したがって、例えば指定された音高が連続的に変化するとその音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットが、２つの所定の音高に対応する楽音パラメータ間で連続的に変化する。この楽音パラメータは音高に応じた楽音の音質に影響するので指定音高の変化に対して自然な音質的変化となる。
【０００８】
なお、本発明の楽音合成装置の好ましい例は、所定の音高に対応する楽音波形の周波数データと強度データとを楽音パラメータとしてメモリに記憶しておき、指定された音高に応じて前記所定の音高に対応する周波数データと強度データをそれぞれ補間して該指定された音高に対応する周波数データと強度データをそれぞれ生成し、該補間によって生成された周波数データと強度データとに基づいて上記指定された音高に対応する楽音を合成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の楽音合成装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図６は本発明実施例の楽音合成装置で用いる音色パラメータを得るための楽音の分析方法を説明する図である。図６(A) は分析部のブロック図であり、分析部は複数（１２８個）のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を並列に接続した構成になっており、各ＢＰＦは０〜１２７のチャンネルナンバで識別される。また、各ＢＰＦのバンド幅は１２５Ｈｚで、そのろ過帯域は０チャンネルが０〜１２５Ｈｚ、１チャンネルが１２５〜２５０Ｈｚ、２チャンネルが２５０〜３７５Ｈｚ…であり、図６(B) のように０Ｈｚから１６ｋＨｚまで順に並べられている。
【００１０】
さらに、このＢＰＦはＦＦＴ機能を有しており、ＢＰＦを通過するスペクトルの周波数データおよび強度データを検出することができる。なお、周波数はバンド中心周波数からのずれとして検出されるが、このずれをバンド中心周波数に加算することにより絶対値の周波数データが得られる。なお、このような分析部は高速のＦＦＴアナライザを用いて実現することもできる。さらにチャンネル数は音源の規格に対応するものであって実施例の１２８チャンネルに限らず、バンド幅も１２５Ｈｚに限定されるものではない。
【００１１】
分析する楽音に対応する楽音波形データは波形の振幅情報を３２ｋＨｚで時系列にサンプリングしたＰＣＭ波形データであり、このＰＣＭ波形データが分析部に入力されると、図６(C) に示したように分析部は連続する２０４８サンプル点の各サンプリングデータを１組のデータ（１フレーム）として扱う。ただし、各フレームは６４サンプルづつのずれでオーバーラップしている。そして、１フレーム分のサンプリングデータが分析部に入力される毎に、各チャンネルのＢＰＦはそのフレームの周波数データFreqと強度データMag とを順次出力する。
【００１２】
この実施例では、上記周波数データFreqと強度データMag が所定の音高の楽音波形データに対応する複数種類１組の楽音パラメータである。また、この実施例はマルチサンプリングの場合であり、例えば鍵盤楽器の鍵に対応する音高の各元波形データについて上記のように分析し、図７に示したように、それぞれ各チャンネルの周波数データＦj k と強度データＭj k （ｊはフレームナンバ、ｋはチャンネルナンバ）を各フレーム毎にテーブル化して記憶する。なお、一つの音高の楽音波形データに対応する上記所定フレーム数の周波数データおよび強度データの一まとまりをボイスデータという。
【００１３】
また、この実施例における元楽音波形データは、楽音の立ち上がりに対応するアタック部と持続音に対応するサスティン部とを有する楽音波形データであり、分析で得られた各音高に対応するボイスデータは、図８に示したようにアタック部のフレームデータ（Freq，Mag のセット）とループ部のフレームデータに分けられている。ループ部の最初のフレームアドレスはループスタートアドレスLOOPSTART 、また、ループ部の最後のフレームアドレスはループエンドアドレスLOOPEND として決められており、波形データの生成時（楽音発生時）には、フレームアドレスのアドレス制御を行って、アタック部のフレームデータを一通り読み出した後、ループ部のフレームデータを繰り返し読み出すことにより持続時間の長い楽音波形の発生を可能にしている。
【００１４】
図１は本発明実施例の楽音合成装置のブロック図である。この楽音合成装置は電子楽器の音源に用いられ、例えば図示しない鍵盤の押鍵により発生するキーオンパルスKONP、ピッチベンドやポルタメント等の制御で発生する指定ピッチPITCH 、操作パネル等で指定された音色データTC、メモリに記憶されたループスタートアドレスLOOPSTART およびループエンドアドレスLOOPEND 等が入力される。
【００１５】
音色パラメータメモリ群は、１〜ＬのＬ個（Ｌ種類）のピッチ（音高）の楽音について前記のように分析して得られた各ボイスデータをピッチPITCH 1 〜PITCH L に対応する音色パラメータメモリ（ＴＰＭ p1 〜ＴＰＭ pL ）１1 〜１L にそれぞれ記憶したものである。すなわち、各音色パラメータメモリ１1 〜１L には、１２８チャンネル分についての周波数データFreqと強度データMag のセットがアタック部とループ部の所定時間フレーム数づつ０〜ｍフレームとして記憶されている。なお、これらのボイスデータに対応するピッチはPITCH 1 ＜PITCH 2 ＜…＜PITCH L の音高順になっている。
【００１６】
各音色パラメータメモリ１1 〜１L には各ボイスデータをフレーム単位で読み出すためのフレーム進行制御部２1 〜２L がそれぞれ対応して接続されている。また、フレーム進行制御部２1 〜２L には６４進のカウンタ３が接続されており、このカウンタ３は、キーオンパルスKONPでリセットされて元波形データにおけるサンプリングクロックφf でカウントアップし、そのキャリー信号をフレームクロックFrame clock として各フレーム進行制御部２1 〜２L に出力する。そして、各フレーム進行制御部２1 〜２L は、このフレームクロックFrame clock によって対応する音色パラメータメモリ１1 〜１L にフレームアドレスAD1 〜ADL を出力し、各音色パラメータメモリ１1 〜１L はフレームアドレスAD1 〜ADL で指定された各フレームデータをセレクタ（ＳＥＬ）４に出力する。
【００１７】
図５はフレーム進行制御部２1 〜２L の構成を示す図である。なお、各フレーム進行制御部２1 〜２L は同じ構成になっており、同図の説明では符号の添字を省略する。フレームカウンタ２１は前記カウンタ３からのフレームクロックFrame clock によってカウントアップされ、そのカウント値は対応する音色パラメータメモリ１に対する次のフレームアドレスとして音色パラメータメモリ１に出力されるとともに１段のディレイ回路（シフトレジスタ）２２に供給される。また、このディレイ回路２２の出力は現在のフレームアドレスとして音色パラメータメモリ１に出力される。
【００１８】
一方、フレームカウンタ２１のリセット端子にはキーオンパルスKONPが入力され、プリセット端子にはループスタートアドレスLOOPSTART が入力される。また、ロード端子には比較回路２３が接続されており、比較回路２３にはループエンドアドレスLOOPEND およびフレームカウンタ２１の出力が入力される。そして、比較回路２３はフレームカウンタ２１の出力値がLOOPEND と等しくなったときフレームカウンタ２１に対してロード信号LOADを出力する。
【００１９】
以上の構成によりフレーム進行制御部２および音色パラメータメモリ１は次のように動作する。キーオン時にはKONPが出力されてフレームカウンタ２１がリセットされ、フレームクロックFrame clock によってフレームが更新する毎に現在のフレームアドレスと次のフレームアドレスをそれぞれ音色パラメータメモリ１に順次出力する。そして、音色パラメータメモリ１において０フレーム（アタック部の先頭）から読み出しがスタートし、ループエンドアドレスまで読み出したとき、比較回路２３が出力するLOAD信号によりLOOPSTART がフレームカウンタ２１にプリセットされ、この値からカウントが再開される。そして、キーオンが継続している限りこの動作が繰り返される。
【００２０】
すなわち、各音色パラメータメモリ１1 〜１L において、キーオンによってアタック部からループ部にかけて周波数データと強度データ（１２８チャンネル分）が順次読み出され、キーオフとなるまでループ部の周波数データと強度データが繰り返して読み出される。なお、音色パラメータメモリ１1 〜１L は、１フレーム周期内で現在のフレームと次のフレームの各周波数データと強度データを出力する。これにより、後述説明するフレーム補間が行われる。
【００２１】
図１において、音色パラメータメモリ１1 〜１L から出力される各音色パラメータのセット（周波数データFreqと強度データMag ）はセレクタ４の対応する入力端子（IN1 〜INL ) にそれぞれ入力され、セレクタ４はメモリ選択制御部５の制御により入力端子（IN1 〜INL ) から選択された２セットの音色パラメータを２つの出力端子（ OUTａ，OUT ｂ) を介してそれぞれパラメータ補間部６に出力する。そして、後述説明するように、指定されたピッチPITCH に応じてパラメータ補間部６で周波数データFreqと強度データMag がそれぞれ補間され、この補間されたの音色パラメータの１セットがフレーム補間部７に供給される。
【００２２】
このようにして、フレーム補間部７には１フレーム時間であるサンプリングクロックの６４クロック毎に現在のフレームと次のフレームにそれぞれ対応する音色パラメータが供給されるとともに、カウンタ３からサンプリングクロックに対応するクロックのカウント値が供給される。そして、フレーム補間部７は、図９に示したように、現在と次の各フレームｊ，ｊ＋１間の６３点における周波数データFreqと強度データMag をその前後のフレームの周波数データFreqと強度データMag からそれぞれ直線補間して算出する。なお、補間は各チャンネル毎に同一チャンネルのデータを用いて行われる。
【００２３】
フレーム補間部７で算出された周波数データFreqと強度データMag は加工部８を介して合成部９に出力され、合成部９でこの音色パラメータのセットに基づいて楽音波形データが合成され、図示しないサウンドシステム等に出力される。なお、加工部８ではピッチPITCH や音色データTCに応じて周波数データ，強度データを加工し、音色に変化を与えるが、この加工部８で従来のような周波数データのみのシフトは行う必要がない。また、合成部９は、１２８チャンネル毎の周波数データ，強度データを合成して１個の波形データを合成する回路である。合成はＦＦＴ合成を用いても良く、加算合成を用いてもよい。なお、逆ＦＦＴ合成を用いる場合はフレーム補間部７は不要となる。
【００２４】
ここで、外部から指定されるピッチPITCH は、キーコードのような離散的な音高を表すデータではなくて指定音高に対応した基音の周波数のような連続する数値データであり、音色パラメータメモリ１1 〜１L に設定されている各ピッチPITCH 1 〜PITCH L もピッチPITCH と同種類の数値データである。そして、メモリ選択制御部５は、指定されるピッチPITCH と音色パラメータメモリ１1 〜１L に設定されている各ピッチPITCH 1 〜PITCH L の大小関係（音程の高低関係）に基づいてセレクタ４の入力端子（IN1 〜INL ) と出力端子（ OUTａ， OUTｂ) を２通りのルールで選択的に接続する。
【００２５】
図３はメモリ選択制御部５の処理を示すフローチャートであり、ステップＳ１でPITCH i ≦PITCH ＜PITCH i+1 となるようなPITCH i とPITCH i+1 を検索し、ステップＳ２で、PITCH i に対応する音色パラメータメモリ１i （ＴＭＰPITCHi）とPITCH i+1 に対応する音色パラメータメモリ１i+1 （ＴＭＰPITCHi+1）のデータがそれぞれセレクタ４の OUTａと OUTｂから出力されるようにセレクタ４に選択制御信号（ｉ，ｉ＋１）を出力するとともに、PITCH i とPITCH i+1 をパラメータ補間部６に出力する。但し、PITCH ＝PITCH 1 またはPITCH ＝PITCH L のときはそれぞれ、 OUTａと OUTｂの双方からPITCH 1 に対応する音色パラメータメモリ１1 （ＴＭＰPITCH1）のデータまたはPITCH L に対応する音色パラメータメモリ１L （ＴＭＰPITCHL）のデータがそれぞれ出力されるように、選択制御信号を（１，１）または（Ｌ，Ｌ）とする。
【００２６】
図４はセレクタ４の出力とパラメータ補間部６におけるデータの流れを説明する概念図である。メモリ選択制御部５の制御により、セレクタ４のOUTaからはPITCH i に対応する周波数データFreqと強度データMag が出力され、OUTbからはPITCH i+1 に対応する周波数データFreqと強度データMag が出力される。なお、各データは１２８チャンネル分づつセットで出力される。パラメータ補間部６では、PITCH i に対応する周波数データFreqとPITCH i+1 に対応する周波数データFreqから指定されたピッチPITCH に基づいて周波数データの補間処理を行うとともに、PITCH i に対応する強度データMag とPITCH i+1 に対応する強度データMag から指定されたピッチPITCH に基づいて強度データの補間処理を行う。そして、それぞれ補間によって得られた周波数データFreqと強度データMag が１２８チャンネル分づつセット出力される。
【００２７】
パラメータ補間部６の補間処理は次のように行う。パラメータ補間部６はセレクタ４の出力端子OUTaから出力される周波数データFreqと強度データMag をPITCH i のデータ、出力端子OUTbから出力される周波数データFreqと強度データMag をPITCH i+1 のデータとして処理をし、メモリ選択制御部５から出力されるPITCH i ，PITCH i+1 と指定されたPITCH に基づいて次式（１），（２）の演算を行う。なお、次式中の［ＴＭＰPITCH ］，［ＴＭＰPITCHi］，［ＴＭＰPITCHi+1］は、PITCH ，PITCH i ，PITCH i+1 にそれぞれ対応する周波数データFreqと強度データMag の１２８チャンネル分のデータをマトリクス（行列）で表現したものである。
【００２８】
【数１】
0003674154.tif 000002
【００２９】
以上の演算処理により、図２に示したように、周波数データFreqと強度データMag の各々について PITCH i，PITCH i+1 の間をPITCH に応じた比例配分で直線補間を行い、PITCH に対応する周波数データFreqと強度データMag を生成する。また、この補間は各チャンネル毎に独立に行われる。
【００３０】
以上のように、音色パラメータメモリ１1 〜１L の各周波数データFreqと強度データMag は離散的な跳び跳びのピッチPITCH 1 〜PITCH L に対応するものであるが、指定されたピッチPITCH に応じた連続的な値となる周波数データFreqと強度データMag を得ることができる。したがって、指定されたピッチに対応する自然な音質が得られる。また、ピッチ変化に対しても自然的変化を伴ったピッチシフト感を得ることができる。
【００３１】
なお、上記実施例では直線補間を行うようにしているが、適宜、補間関数を選んで補間演算を行うようにしてもよい。また、実施例では指定ピッチPITCH を挟む２つのピッチ PITCH i，PITCH i+1 に対応する音色パラメータ（周波数データFreqと強度データMag ）に基づいて補間を行うようにしているが、指定ピッチPITCH に近接する２つ以上のピッチに対応する音色パラメータで補間してもよい。例えば、ピッチ PITCH i，PITCH i+1 の範囲内で指定ピッチPITCH が高い方に変化したら、さらに近接するPITCH i+2 に対応する音色パラメータを読み出して PITCH i，PITCH i+1 ，PITCH i+2 の三者で補間したり、低い方に変化した場合はPITCH i-1 ， PITCH i，PITCH i+1 の三者で補間するなどしてもよい。さらに、指定ピッチを含む範囲の多数のピッチに基づいて補間してもよい。
【００３２】
また、実施例は、例えば鍵盤楽器の鍵に対応するだけの音色パラメータメモリ１1 〜１L を備えたマルチサンプリングの例であるが、音色パラメータメモリ１1 〜１L の数はシステムに応じて適宜選択すればよい。また、実施例では、音色パラメータメモリ１1 〜１L の各ボイスデータは同じフレーム時間で分析されているので、フレーム進行制御部２1 〜２L を共通のフレームクロックFrame clock で動作するようにしているが、ボイスデータ個別にフレーム時間が異なるものを用い、フレーム進行制御部２1 〜２L をボイスデータのフレーム時間に対応する個別のクロックで動作させるようにしてもよい。
【００３３】
また、実施例では、フレーム進行制御部２1 〜２L で現在のフレームと次ぎのフレームの各フレームアドレスを同時に生成し、これに対応して、パラメータ補間部６およびフレーム補間部７の動作を音色パラメータメモリ１1 〜１L の出力動作に合わせて補間処理を行うようにしているが、フレーム進行制御部２1 〜２L のディレイ回路２２を無くして１フレーム時間に１つのフレームアドレスを生成し、フレーム補間部において前後２つのフレームについての音色パラメータを順次記憶していくことによりフレーム補間を行うようにしてもよい。
【００３４】
また、本発明はハードウエアでも、ソフトウエアでも、それらの混在のシステムでも実現可能である。さらに、ＤＳＰ（digital signal processor）を用いてもよいし、パーソナルコンピュータ等で処理してもよい。また、フレーム数やチャンネル数は実施例に限定されるものではなく、システムに応じて設定すればよい。
【００３５】
また、実施例では、音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータとして、周波数データFreqと強度データMag からなる音色パラメータを用いた場合について説明したが、このような楽音パラメータは音高に対応するものであればよく、このような楽音パラメータを指定音高に応じて補間することにより、指定音高に対応した自然な音質や自然なピッチシフト感得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の楽音合成装置によれば、音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットを複数の所定の音高にそれぞれ対応させ、この複数種類１組の楽音パラメータのセットに基づいて対応する音高の楽音を合成する楽音合成装置において、指定された音高以下の第１の音高の楽音パラメータのセットと入力された音高より高い第２の音高の楽音パラメータのセットをそれぞれ読み出し、この読み出した楽音パラメータの同種対応の楽音パラメータ間を指定された音高による第１および第２の音高間の比例配分で補間して該指定された音高に対応する複数種類１組の楽音パラメータのセットをそれぞれ生成し、該補間によって生成された楽音パラメータのセットに基づいて上記指定された音高に対応する楽音を合成するようにしたので、指定音高に対応した自然な音質や、指定音高の変化に対応した自然な音質的変化を伴ったピッチシフト感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の楽音合成装置のブロック図である。
【図２】実施例におけるパラメータ補間を説明する図である。
【図３】実施例におけるメモリ選択制御部の処理を示すフローチャートである。
【図４】実施例におけるセレクタの出力とパラメータ補間部のデータの流れを説明する概念図である。
【図５】実施例におけるフレーム進行制御部の構成を示す図である。
【図６】実施例で用いる音色パラメータを得るための楽音の分析方法を説明する図である。
【図７】実施例における１セットのボイスデータを示す図である。
【図８】実施例におけるボイスデータのアタック部とループ部の構成を説明する図である。
【図９】実施例におけるフレーム補間を説明する図である。
【符号の説明】
１1 〜１L …音色パラメータメモリ、４…セレクタ、５…メモリ選択制御部、６…パラメータ補間部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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