(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成して、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得ると共に、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返し、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を得ることを特徴とする電子楽器における楽音波形作成方法。
【請求項２】
入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成して、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得ると共に、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返し、それにより得られた各合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を基に、その最大レベルの倍音の振幅と周波数を入力波形と等しくして、加算合成し、楽音を発生せしめることを特徴とする電子楽器における楽音発生方法。
【請求項３】
入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得る解析手段と、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成する波形合成手段と、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得る差分波形取得手段と、上記各手段に指令して、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返す制御手段と、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を記憶する記憶手段とを有することを特徴とする電子楽器における楽音波形作成装置。
【請求項４】
入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成して、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得ると共に、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返すことで得られた各合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された各合成波形の周波数情報を基に合成波形データを読み出す波形読出し手段と、同じく記憶手段に記憶された振幅情報を基に読み出された前記合成波形データにエンベロープを付加するエンベロープ付加手段と、エンベロープの付加されたこれらの楽音波形を加算合成する加算合成手段と、加算合成により得られた楽音波形に基づき楽音を発生せしめる発音手段とを有することを特徴とする電子楽器における楽音発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業状の利用分野】
本発明は、自然楽音を解析、再合成することによって楽音波形を作成し発音する電子楽器における楽音波形作成方法及び楽音発生方法、並びにこれらの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自然音を解析する方法としてＦＦＴ法、再合成する方法としてｓｉｎ合成法（適当な周波数で適当な振幅のｓｉｎ波を重ね合わせて１つの波形を得る手法）がある。このｓｉｎ合成法では、普通、各倍音の周波数を基音の周波数の整数倍にして再合成される波形の長さを基音１周期の波長にし、波形メモリの節約を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の再合成法で再合成された波形は整数倍音だけを持つため、ピアノやストリングスの様に、非常に近い周波数で複数の音が同時に鳴っている楽音の場合は、本来そのものの持つ音色の揺らぎ感を失っていた。また鐘の音の様に、倍音成分と金属を叩いた時に出す調和性のない成分からなる様な音は出すことができなかった。そのため再合成された波形を繰り返し読み出し再生すると、音色が単調で不自然なものになっていた。
他方、このような再合成法の改良方法としては、再合成した波形に足りない成分をＰＣＭ波形で供給する方法（ＵＳＰ４７５４６７９号、但し再合成波形ではなく、基本波形としている）の提案もなされているが、結局ＰＣＭの形式で波形データを持つのであれば、メモリの節約にはならず、問題の解決に至っていない。
【０００４】
本発明は従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、加算合成された時に周波数差による揺らぎを持つ音や調和性のない音でも再現することが可能な電子楽器における楽音波形作成方法及び楽音発生方法、並びにこれらの装置を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明に係る電子楽器における楽音波形作成方法は、入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成して、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得ると共に、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返し、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を得ることを基本的特徴としている。
【０００６】
また請求項２の構成は、上記の方法により作成された合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を基に、楽音を発生させる方法に関し、これらの各合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を基に、その最大レベルの倍音の振幅と周波数を入力波形と等しくして、加算合成し、楽音を発生せしめることを特徴としている。
【０００７】
更に請求項３の構成は、請求項１の発明の実施装置の構成に係り、入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得る解析手段と、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成する波形合成手段と、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得る差分波形取得手段と、上記各手段に指令して、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返す制御手段と、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を記憶する記憶手段とを有することを特徴としている。
【０００８】
加えて請求項４の構成は、請求項１の発明法を実施することで得られた合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を基に楽音を発生させる方法の実施装置の構成に係り、入力波形をＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得、該周波数・振幅情報を基にｓｉｎ合成して、入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を合わせた後、入力波形から引いて、差分波形を得ると共に、任意の解析・合成次数分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返すことで得られた各合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された各合成波形の周波数情報を基に合成波形データを読み出す波形読出し手段と、同じく記憶手段に記憶された振幅情報を基に読み出された前記合成波形データにエンベロープを付加するエンベロープ付加手段と、エンベロープの付加されたこれらの楽音波形を加算合成する加算合成手段と、加算合成により得られた楽音波形に基づき楽音を発生せしめる発音手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
【作用】
以上詳述した構成によれば、入力波形（繰り返しの場合に差分波形が入力波形となる）から合成波形の差分を繰り返しとることで、複数の再合成波形は全て異なる周波数成分のものが得られるようになる（基音の倍音成分以外のものも取り出せるようになる）。そのため、各再合成波形が整数倍音だけを持っていたとしても、加算合成された時に、周波数差による揺らぎを持つ音や調和性のない音でも得ることができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態に付き説明する。図１は請求項１の方法により作成され、楽音発生装置の記憶手段に記憶される各合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報の抽出処理手順を示すフローチャートを、また図２は、本発明請求項４に係る電子楽器における楽音発生装置の一実施形態構成を示すブロック図を各示している。
【００１１】
まず、請求項１の発明を実施するための楽音波形形成装置としては、入力波形をＦＦＴする解析手段と、その解析結果を基にｓｉｎ合成する波形合成手段と、入力波形と合成波形との差分波形を得る差分波形取得手段と、上記各手段に指令して、任意の解析・合成次数ｉ分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返すＣＰＵからなる制御手段と、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を記憶するＲＡＭやＲＯＭ等の内部記憶装置或いはＦＤやＨＤ等の外部記憶装置からなる記憶手段とを、少なくとも有していなければならない。
【００１２】
そして、図１に示すように、ピアノなどの自然楽音を元波形として上記装置に入力し、更に希望する解析の繰り返し次数ｉを同装置にインプットする（Ｓ１）。同装置では該入力波形を解析手段によりＦＦＴして各倍音の周波数・振幅情報を得る（Ｓ２）。該周波数・振幅情報を基に波形合成手段によりｓｉｎ合成して（Ｓ３）、該合成波形データを上記記憶手段に出力する（Ｓ４）。次に入力波形と合成波形の最大倍音の周波数と振幅を揃えて（Ｓ５）、その周波数・振幅情報を記憶手段に記憶させる（Ｓ６）。差分波形取得手段により、入力波形からＳ５の処理の終了した合成波形を引いて、差分波形を得る（Ｓ７）。これまで行われた処理の回数が、Ｓ１でインプットした解析繰り返し次数ｉに達していなければ、前記制御手段により、該次数ｉ分だけ、該差分波形を入力波形として以上の処理を繰り返し（Ｓ８〜Ｓ１０→Ｓ２〜Ｓ１０）、上記合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報を得る。他方、上記処理回数が次数ｉ分に達していれば、その処理を終える（Ｓ１１）。
【００１３】
請求項４記載の楽音発生装置の構成を有する電子楽器は、図２に示すように、本電子楽器内で使用されるバス１００と、このバス１００を通じて電子楽器内で制御信号・アドレス信号・データ信号のやり取りを行う構成として、全体の制御と演算処理を行う中央演算処理装置ＣＰＵ１０１と、後述する各回路からの命令・データなどを一時的に蓄え前記ＣＰＵ１０１との間でこれらの命令・データのやり取りを行うＲＡＭ１０２と、ＣＰＵ１０１で実行されるプログラムを格納するプログラムメモリ１０３ａ、前記記憶手段から取り出された振幅情報を記憶する音色データメモリ１０３ｂ及び同じく記憶手段から取り出された周波数情報を記憶する周波数テーブルメモリ１０３ｃを有するプログラムＲＯＭ１０３と、演奏者が鍵盤を押鍵した際に鍵情報を発生させるタッチセンサ１０４ａ付きのキーボード部１０４と、前記記憶手段から取り出された各合成波形データがＰＣＭ波形データとして記憶されている波形ＲＯＭ１０５と、前記次数ｉ分のポリフォニック構成のデジタルコントロールドオシレータＤＣＯ１０６と、それらから発生された各楽音にエンベロープを付加するエンベロープ発生器１０７及び乗算器１０８と、エンベロープの付加された各楽音を加算して出力する加算器１０９と、その楽音信号をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａコンバータ１１０と、該アナログ信号を増幅するアンプ及び楽音を発生するスピーカやヘッドフォンからなる外部出力装置とからなるサウンドシステム１１１が接続されている。なお、前記ＣＰＵ１０１には、音色選択及び音響（エフェクト）選択のために演奏者が操作することで発生する情報を検出し発生するパネル１１２ａ及びペダル１１２ｂと、外部機器とのＭＩＤＩ信号のやり取りのために設けられたＭＩＤＩインターフェース１１３とが接続されている。
【００１４】
そして請求項４の発明の各構成のうち、波形の周波数・振幅情報を記憶する記憶手段として、上記音色データメモリ１０３ｂ及び周波数テーブルメモリ１０３ｃが相当し、該周波数テーブルメモリ１０３の周波数情報を基に前記波形ＲＯＭ１０５から合成波形データを読み出す波形読出し手段として、前記ＣＰＵ１０１及び各ＤＣＯ１０６が相当し、音色データメモリ１０３ｂの振幅情報を基に、読み出され前記ＤＣＯ１０６から発せられる波形信号にエンベロープを付加するエンベロープ付加手段として、同じくＣＰＵ１０１とエンベロープ発生器１０７及び各乗算器１０８が相当することになり、更に修正されたこれらの楽音波形を加算合成する加算合成手段として、前記加算器１０９が相当し、更に加算合成により得られた楽音波形に基づき楽音を発生せしめる発音手段として、Ｄ／Ａコンバータ１１０及びサウンドシステム１１１が相当することになる。
【００１５】
上記の電子楽器の構成では、演奏者によりキーボード部１０４が押鍵されると、そのキーナンバーに対応した波形ＲＯＭ１０５に格納されているＰＣＭ波形データが各ＤＣＯ１０６に割り当てられる。押鍵されたキーナンバーと、周波数テーブルメモリ１０３より各ＤＣＯ１０６が読み出すべき周波数ナンバーとをＣＰＵ１０１が計算し、それらを各ＤＣＯ１０６に渡す。また音色データメモリ１０３ｂからそのキーナンバーに対応した振幅情報が読み出され、エンベロープ発生器１０７にその情報が送られる。以上のようにして各ＤＣＯ１０６から読み出された波形信号に対し、エンベロープ発生器１０７及び各乗算器１０８によってエンベロープがかけられ、これらは加算器１０９で加算合成される。その後Ｄ／Ａコンバータ１１０でデジタル信号からアナログ信号に変換されて、サウンドシステム１１１より発音される。
【００１６】
上記構成では、入力波形（繰り返しの場合に差分波形が入力波形となる）から合成波形の差分を繰り返しとることで、複数の再合成波形は全て異なる周波数成分のものが得られるようになる（基音の倍音成分以外のものも取り出せるようになる）。そのため、上記電子楽器で再合成される各再合成波形が整数倍音だけを持っていたとしても、加算合成された時に、ピアノの音のような周波数差による揺らぎを持つ音や鐘の音のような調和性のない音でも、より元波形に近い状態で発生させることができるようになる。また再合成波形は基音の数周期分でしかないので、該電子楽器の有する波形の数（次数）をかなり増やしても、再合成した波形に足らない成分をＰＣＭ波形として持つよりは遥かにメモリ容量の節約になる。
【００１７】
また上記構成では、合成波形データを記憶手段に記憶せしめて楽音発生時に読出し手段に読み出す構成としているが、合成に必要な周波数・振幅情報を記憶手段に記憶せしめて楽音発生時、または音色選択時に波形合成手段によりｓｉｎ合成するようにしても良い（楽音発生時の場合には波形合成に必要な計算処理によって、同時発音数の減少、発音指示から発音開始までの時間の増加などの問題が生じることになる）。
【００１８】
更に上記構成では、請求項１の楽音波形作成方法により別途作成された合成波形データ及びその周波数・振幅情報を、電子楽器内にセットされたＲＯＭにプリセットした構成であるが、サンプリングマシーンのように、その場で取り込んだ自然楽音をＲＡＭやその他の外部記憶装置に記憶せしめておき、それを用いて楽音を発生させる構成に対しても、適用可能なことは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述した本発明の構成によれば、入力波形から合成波形の差分を繰り返しとることで、複数の再合成波形は全て異なる周波数成分のものが得られるようになる。そのため、基音の倍音成分以外のものも取り出せるようになり、電子楽器で再合成される各再合成波形が整数倍音だけを持っていたとしても、加算合成された時に、ピアノの音のような周波数差による揺らぎを持つ音や鐘の音のような調和性のない音でも、より元波形に近い状態で発生させることができるようになる。また再合成波形は基音の数周期分でしかないので、電子楽器の有する波形の数（次数）をかなり増やしても、再合成した波形に足らない成分をＰＣＭ波形として持つよりは遥かにメモリ容量の節約になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成波形データ及び該波形の周波数・振幅情報の抽出処理手順を示すフローチャートである。
【図２】電子楽器における楽音発生装置の一実施形態構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００            バス
１０１            ＣＰＵ
１０２            ＲＡＭ
１０３            プログラムＲＯＭ
１０３ａ          プログラムメモリ
１０３ｂ          音色データメモリ
１０３ｃ          周波数テーブルメモリ
１０４            キーボード部
１０４ａ          タッチセンサ
１０５            波形ＲＯＭ
１０６            ＤＣＯ
１０７            エンベロープ発生器
１０８            乗算器
１０９            加算器
１１０            Ｄ／Ａコンバータ
１１１            サウンドシステム
１１２ａ          パネル
１１２ｂ          ペダル
１１３            ＭＩＤＩインターフェース
【図１】
0003549689.tif 000002
【図２】
0003549689.tif 000003