(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音源の瞬時スペクトルを適宜変化させることにより、所望の音色を得る電子楽器用フィルタ装置において、
２次の移相器を、各移相器の定数は同じにし複数個従属的に接続して移相器列を構成し、その移相器列を更に、一列毎に一段の移相器を減少させるように複数段縦列的に接続して移相器群を形成し、その各移相器列の定数のうちの中心角周波数を移相器列一列毎に順次減少させるように設定することにより、全体として、対数目盛上にて角周波数の増加に対し群遅延時間が直線的に減少するような群遅延時間を得、この移相器群を通過させることにより入力音源の瞬時スペクトルを遅延させ所望の音色を得るようにし、
更に、前記移相器の定数を複数種類記憶する記憶手段と、該記憶手段からのデータの読み取りを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段にて前記移相器の定数を適宜設定して群遅延特性を決定することを特徴とする電子楽器用フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力音源のスペクトラムに時間的変化を持たせることにより、所望の音色を得ることのできる電子楽器用フィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子楽器として近年幅広く実用に共されているシンセサイザでは、入力音源の瞬時スペクトルに時間的変化を持たせることにより、音色を変化させる処理を行っている。このような処理は、主にフィルタのカットオフ周波数をエンベロープジェネレータに従って変化させることにより行われる。
【０００３】
また、シンセサイザ等の鍵盤楽器では、エンベロープジェネレータ、音源発振器を複数個搭載することは可能であるので、ポリフォニック（複音）化することができる。即ち、エンベロープジェネレータ及び音源発振器を複数個用意することにより、ポリフォニック音源に対しても瞬時スペクトルの変更が可能である。これにより、鍵盤操作で金管楽器や弦楽器、効果音等の音色を発生させることができる。
【０００４】
しかし、その他の電子楽器（ここでいう「電子楽器」とは、いわゆる「電気楽器をも含む意味で使用する）では発音源がすでにポリフォニック化されているので、それらを単音に戻し、そのひとつひとつの音に対してフィルタをかけ、音色を変化させ、再びポリフォニック化させることは非常に困難である。以下、これを具体的に説明すると、例えば、昨今において、電気ギターを演奏しながら金管楽器やパーカッションの音色を出力させるギターシンセサイザが知られており、該ギターシンセサイザでは入力音源の瞬時スペクトルを変化させることにより音色を変化させ、各種楽器の音色を得ている。即ち、図８（ａ）は、トランペットの瞬時スペクトルの時間的変化を示し、また、同図（ｂ）はパーカッションの瞬時スペクトルの時間的変化を示しており、同図（ａ）に示すように、トランペットでは、周波数が高くなるにつれて（高次倍音ほど）出現が遅れる傾向の音色を有しており、また、同図（ｂ）に示すように、パーカッションではトランペットとは反対に周波数が低くなるにつれて（低次倍音ほど）出現が遅れる傾向の音色を有している。
【０００５】
従って、音源となる電気ギターの音色をエンベロープジェネレータとローパスフィルタにて図８（ａ）、（ｂ）に示す如くのスペクトルに変化させれば、ギターを演奏することにより、トランペットやパーカッションの音色を得ることができる。ところが、電気ギターは６本の弦を有しており、これら各弦にて発音された音色についてそれぞれスペクトルを変化させる処理（即ち、ポリフォニック化）を行うためには、６本の弦毎にそれぞれ弦の振動を検出するマイク、各マイクから検出された弦毎の波形に基づき、その音高を決定する装置、その音高情報に対応して各種スペクトルを含む波形を発生させる発振器、撥弦タイミングを検出し、それに基づくエンベロープ発生回路、エンベロープ発生回路からの情報によってカットオフ周波数が変化するフィルタが必要である。このため、部品点数が多くなり、電気ギターにこれら全ての機器を搭載することは設置スペース的に無理である。また、上記音高を決定する装置や撥弦タイミングを検出する装置をどのような奏法にでも確実に動作させることは非常に困難である。
【０００６】
従って、電気ギター等の上記各機器を複数個搭載することのできない電子楽器においては、現実的に音色を変化させる処理のポリフォニック化ができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来における電気ギター等の電子楽器では、当該電子楽器より出力されるモノフォニック音源の音色を変化させて所望の音色を得ることはできるが、ポリフォニック化することは、各種機器を多数必要とする等の理由により困難であるという欠点があった。
【０００８】
この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、その目的とするところは、複数の音源を一旦合成した後の音色に対して、あたかも各音源毎に音色を変化させた如くの出力特性を得ることのできる電子楽器用線形フィルタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、２次の移相器を、各移相器の定数は同じにし複数個従属的に接続して移相器列を構成し、その移相器列を更に、一列毎に一段の移相器を減少させるように複数段縦列的に接続して移相器群を形成し、その各移相器列の定数のうちの中心角周波数を移相器列一列毎に順次減少させるように設定することにより、全体として、対数目盛上にて角周波数の増加に対し群遅延時間が直線的に減少するような群遅延時間を得、この移相器群を通過させることにより入力音源の瞬時スペクトルを遅延させ所望の音色を得るようにし、
更に、前記移相器の定数を複数種類記憶する記憶手段と、該記憶手段からのデータの読み取りを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段にて前記移相器の定数を適宜設定して群遅延特性を決定することが特徴である。
【００１１】
上述の如く構成された本発明によれば、複数個の２次の移相器を、各移相器の定数は同じにし複数個従属的に接続して移相器列を構成し、その移相器列を更に、一列毎に一段の移相器を減少させるように複数段縦列的に接続して移相器群を形成し、その各移相器列の定数のうちの中心角周波数を移相器列一列毎に順次減少させるように設定することにより、全体として、対数目盛上にて角周波数の増加に対し群遅延時間が直線的に減少するような群遅延時間を得ることができ、例えば、音源としてギターを使用し、あたかもトランペットを奏でた時のような音色を得ることができる。そして、この群遅延特性を利用することにより、入力音源に対して線形性を保持したまま瞬時スペクトルを変化させることができる。なお、ここでいう「線形性」とは、いわゆる線形代数にて用いられる線形性、即ち、入力信号ａ，ｂ及び関数ｆ（ｘ）がある場合に、ｆ（ａ＋ｂ）＝ｆ（ａ）＋ｆ（ｂ）が成立することを意味する。これにより、例えば、電気ギターの６本の弦より得られる音源を一旦合成して一つの音源とした場合においても、各弦毎に個々に音色変化させたものとほぼ等価な音色を得ることができる。つまり、ポリフォニック化することができる。
【００１２】
また、各移相器の定数を複数種類予め記憶手段に記憶させておき、この読み出しアドレスを制御することにより、簡単な操作で各移相器の定数を変更することができるので、各種音色設定を容易に行うことができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の構成を示す説明図であり、図示のように、本実施形態では２次以上の移相器Ｐｈ（Ｐｈ1,1 〜Ｐｈn,k ）を多数縦列的に接続し、各移相器毎に適宜係数α、中心角周波数ω0 を設定することにより、全体として所望の群遅延特性を得、これにより、入力音源の瞬時スペクトルを任意に変化させ、例えば、電気ギターの音色をトランペットやパーカッションの音色に変化させるものである。本実施形態では、縦列的に接続する移相器として２次の移相器を使用する例について説明する。
【００１４】
一般に、２次の移相器の伝達関数は、ラプラス変換したｓ領域（複素角周波数領域）の式で表現すると、次の（１）式にて正規化できることが知られている。
【００１５】
Ｆ（ｓ）＝（ｓ2−２αｓ＋１）／（ｓ2＋２αｓ＋１）    ・・・（１）
αは減衰カーブを決定する係数、ｓは複素角周波数を示す。
【００１６】
上記の（１）式において、ｓをｓ／ω0  （ω0は中心角周波数）とすると、Ｆ（ｓ）は、次の（２）式にて示されることになる。
【００１７】
0003690913.tif 000002
【００１８】
そして、上記の（２）式に示した伝達関数Ｆ（ｓ）を有する移相器の群遅延時間は図２に示すような特性を有する。即ち、図２は上記の如く構成された２次移相器の角周波数ωと群遅延時間との関係を示す特性図であり、同図において横軸が角周波数ω、縦軸が群遅延時間Δφ／Δω（位相角φを角周波数ωにて微分した値）を示している。なお、この特性曲線は、ω0 （中心角周波数）＝１としている。また、同図における記号αは、減衰カーブを決定する係数（以下、単に係数という）であり、それぞれ、α＝０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５とした時の特性を示している。例えば、α＝０．１に設定した場合には、群遅延時間はω＝１の近傍で急激に増大する。
【００１９】
また、ω0 ＝１，０．５，０．２５，０．１２５に設定すると（α＝０．２）、図３の特性曲線Ｓ１〜Ｓ４に示すようにそれぞれω＝１，０．５，０．２５，０．１２５近傍のとき、最も群遅延時間が長くなる特性曲線を得ることができる。
【００２０】
図４は、移相器Ｐｈ（Ｐｈ１〜Ｐｈ１０）を１０個縦列的に配置した例を示しており、前段側（図中上段左側）から順に中心角周波数ω0 はそれぞれ、Ｐｈ１〜Ｐｈ４がω0  ＝１、Ｐｈ５〜Ｐｈ７がω0  ＝０．５、Ｐｈ８，Ｐｈ９がω0＝０．２５、Ｐｈ１０がω0  ＝０．１２５に設定されている（Ｐｈ１〜Ｐｈ１０はすべてα＝０．０２に設定している）。そして、上記したように、各移相器Ｐｈ１〜Ｐｈ１０は、角周波数ωが、設定された中心角周波数ω0 となったところで急激に増大する特性を有するから、縦列接続の出力は図５の特性曲線Ｓ５に示す如く、鋸歯状に変化する波形となる（図中、横軸は対数目盛）。即ち、ω＝１、０．５、０．２５、０．１２５の近傍で急激に増大するような波形となる
。
【００２１】
翻って、移相器の個数を増加させ、それぞれの移相器毎に係数α、中心角周波数ω0  を適宜設定すれば、出力信号の群遅延時間を任意に設定することができる。即ち、図１はω0 ＝１に設定した移相器（Ｐｈ1,1 〜Ｐｈ1,k ；サフィックスは行、列の番号を示す）をｋ段設置し、角周波数を６％減少させた移相器、即ち中心周波数ω0  ＝０．９４に設定した移相器（Ｐｈ2,1 〜Ｐｈ2,k-1 ）を（ｋ−１）段設置し、更に、周波数を６％減少させた移相器、即ちω0 ＝０．８９に設定した移相器（Ｐｈ3,1 〜Ｐｈ3,k-2 ）を（ｋ−２）段設置し、以下同様に周波数を６％減少させて段数を１段減少させるという具合に順次移相器Ｐｈを縦列的に接続している。なお、係数αは０．０２で一定としている。そして、ｋ＝７０とすれば、移相器Ｐｈの個数は、（３）式で示されることになる。
【００２２】
７０＊（７０＋１）／２＝２４８５          ・・・（３）
【００２３】
図６は、図１に示した移相器群にて得られる群遅延特性を示しており、同図より合成の群遅延時間は、ω＝０．０２〜０．５の範囲ではほぼ直線的に減少していることが理解できる（図中、横軸は対数目盛）。つまり、図４に示す例では、移相器を１０個しか使用していないので、群遅延特性曲線は図５の曲線Ｓ５に示す如く鋸歯状となったが、図１に示すように２４８５個の移相器を縦列的に接続することにより、鋸歯状に変化する部分を滑らかにすることができ、図６に示す如くの直線的に変化する特性を得ることができる。
【００２４】
図６に示される特性曲線より容易に理解されるように、ω＝０．０２〜０．５の範囲では、対数目盛上にて角周波数ωの増加に対し、群遅延時間は直線的に減少することになる。従って、このように構成された移相器群（２４８５段）に、例えば、ギターの音色信号を入力すると、該音色信号中に含まれる高調波成分は、周波数が高くなるにつれて遅延時間が大きくなるので出力特性のスペクトル遷移は図８（ａ）に示した如くとなり、高周波分ほど出力される時間が遅くなる。
【００２５】
そして、このスペクトル遷移はトランペットを奏でた時に発せられるスペクトル遷移に似ているから、出力される音色はトランペットに似たものとなる。つまり、音源としてギターを使用し、あたかもトランペットを奏でた時のような音色を得ることができることになる。
【００２６】
次に、上記した移相器の具体的な構成について説明すると、移相器は振幅特性が１で位相角のみを変化させるものであるから、オールパスフィルタを用いて構成することができる。図７は、２次のディジタルフィルタの一般的な回路を示しており、このディジタルフィルタの伝達関数Ｈ（Ｚ）は、以下の（４）式にて示される。
【００２７】
Ｈ（Ｚ）＝（１＋ｆｋＺ-1＋ｅｋＺ-2）／（１＋ｈｋＺ-1＋ｇｋＺ-2）・・・（４）
【００２８】
そして、周知のように図７における各乗算器の係数ｅｋ、ｇｋ、ｆｋ、ｈｋに、ｅｋ＝ｇｋ、ｆｋ＝−ｈｋなる関係を持たせるように設定すれば、このディジタルフィルタはオールパスフィルタとして動作することになる。従って、このオールパスフィルタを上記の移相器として使用することができる。
【００２９】
また、移相器として使用されるオールパスフィルタは線形性（線形代数で使用されるいわゆる線形性）を維持しているので、入力信号に対して出力信号は線形性を有することになる。例えば、入力音源として６弦の電気ギターを演奏した場合、個々の弦にて発せられた音色のそれぞれについて個別にフィルタ処理を加えたものと等価な合成信号を得ることができるので、ポリフォニック音源に対して一括処理することができるようになる。
【００３０】
また、上記の例では、入力音源としてギターからの演奏音を例とし、これをトランペットの音に変化させることを目的として群遅延特性を作成したが、本発明はこれに限定されるものでは無く、図６に示した群遅延時間の特性図を任意に変化させることにより、各種入力音、出力音に対して適用することができる。
【００３１】
即ち、個々の移相器の群遅延時間は、係数αの値、中心周波数ω0 の値を設定することにより、任意に特性曲線を変化させることができるので、これらの組み合わせを適宜設定することにより、所望の特性を有する合成群遅延時間を得ることができ、これを使用すれば、各種音源への対応が可能である。例えば、ギターの音をピアノの音に変化させることもでき、また、ピアノの音をトランペットの音に変化させることも可能である。
【００３２】
また、係数α、中心周波数ω0  を記憶するメモリ（記憶手段）を用意し、該メモリ内に各移相器に対する複数種類の係数α、中心周波数ω0  を複数種類設定しておき、使用条件に応じてメモりの読み出しアドレスを切り換える構成とすれば、使用条件に応じてメモリの読み出しアドレスを切り換えることにより、多数の移相器におけるパラメータα、ω0 の設定を任意に変更することができるので、群遅延時間の特性曲線を適宜変更して使用することができる。即ち、例えば、ギターをトランペット、ギターをピアノ、ピアノをトランペット、の変換に使用する群遅延時間を得るための各移相器のパラメータα、ω0  を予めメモり内に格納しておき、使用状況に応じて読み出しを行うメモリアドレスを適宜変更すれば、容易に切り換えて各種音色を得ることができるようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オールパスフィルタ等の２次の移相器を、各移相器の定数は同じにし複数個従属的に接続して移相器列を構成し、その移相器列を更に、一列毎に一段の移相器を減少させるように複数段縦列的に接続して移相器群を形成し、その各移相器列の定数のうちの中心角周波数を移相器列一列毎に順次減少させるように設定することにより、全体として、対数目盛上にて角周波数の増加に対し群遅延時間が直線的に減少するような群遅延時間を得ることができるので、例えば、音源としてギターを使用し、あたかもトランペットを奏でた時のような音色を得ることができる。
【００３４】
また、各移相器はそれぞれ線形性を有しているから、多数縦列接続された移相器群に入力する信号に対して、出力信号は線形性を維持することになり、音源が一旦合成されたポリフォニック入力信号が与えられた場合においても、個々の音源に対してそれぞれ別個にフィルタ処理を加えたものと等価なフィルタ処理を行うことができ、ポリフォニック音源に対して一括処理することができるようになる。
【００３５】
更に、メモリ等の記憶手段に各移相器の定数を予め複数種類記憶させておき、制御手段により記憶手段からの読み出しアドレスを切り換えて各移相器の定数を決定する構成とすれば、簡単な操作により各種の群遅延特性を得ることができ、使用用途に応じた幅広い活用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された電子楽器用フィルタ装置の一実施形態の構成を示す説明図。
【図２】移相器の、周波数変化に対する群遅延特性を示す説明図であり、係数αを種々変化させたときの様子を示している（ω0  ＝１）。
【図３】移相器の、中心角周波数ω0  変化に対する群遅延特性を示す説明図であり、ω0 ＝１（Ｓ１），ω0 ＝０．５（Ｓ２），ω0 ＝０．２５（Ｓ３），ω0 ＝０．１２５（Ｓ４）を示している（α＝０．２）。
【図４】中心角周波数ω0 が４通りに異なる１０個の移相器を縦続的に接続した様子を示すブロック図。
【図５】図４に示したブロック図の出力信号として得られる合成の群遅延特性曲線（Ｓ５）を示す説明図。
【図６】移相器を２４８５段縦続的に接続した際の、合成の群遅延特性を示す説明図。
【図７】２次のディジタルフィルタの一般的な構成を示すブロック図。
【図８】（ａ）はトランペット音の瞬時スペクトルの時間的変化を示す特性図、（ｂ）は、パーカッション音の瞬時スペクトルの時間的変化を示す特性図。
【符号の説明】
Ｐｈ１〜Ｐｈ１０、Ｐｈ1,1 〜Ｐｈn,k   移相器
【図１】
0003690913.tif 000003
【図２】
0003690913.tif 000004
【図３】
0003690913.tif 000005
【図４】
0003690913.tif 000006
【図５】
0003690913.tif 000007
【図６】
0003690913.tif 000008
【図７】
0003690913.tif 000009
【図８】
0003690913.tif 000010