(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楽音をノーマライズする機能を有する楽音信号処理装置において、
該楽音に含まれる各周波数帯域成分を、独立的かつ一様にノーマライズするノーマライズ手段を具備したことを特徴とする楽音信号処理装置。
【請求項２】
前記ノーマライズ手段は、入力楽音を複数の周波数帯域に分割する周波数帯域分割手段と、
該周波数帯域分割手段によって分割された各周波数帯域の信号成分を個別にノーマライズするノーマライズ手段と、
該ノーマライズ手段によってノーマライズされた信号を加算合成する加算合成手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の楽音信号処理装置。
【請求項３】
前記ノーマライズ手段は、入力楽音の周波数特性の予定時間間隔毎の変化を調べる手段と、
該手段によって検出された予定時間間隔毎の周波数特性変化分を打ち消すことのできる予定時間間隔で特性が変化する時間変化フィルタを設計する手段とを具備し、
前記入力楽音の波形に、該時間変化フィルタを適用することによりノーマライズするようにしたことを特徴とする請求項１記載の楽音信号処理装置。
【請求項４】
前記時間変化フィルタを設計する手段は、前記入力楽音のフォルマントを前記予定時間間隔毎に抽出し、該抽出された各フォルマントとその中から選ばれた基準フォルマントとから、各差分フォルマントを求め、該各差分フォルマントに近似する特性のフィルタを設計することを特徴とする請求項３記載の楽音信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は楽音信号処理装置に関し、特に電子楽器の波形メモリ等に記憶する波形データを作成する時に使用される楽音信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、プラスやストリングス等の持続音やピアノ等の長い時間をかけて減衰していく音を作成する時に、音の一部を繰り返して再生するループ処理が使用されている。例えば、ピアノのように、発音開始の後の減衰する波形をループ処理する時、そのままの波形を用いたのでは滑らかなループ波形ができないので、自然楽器音を録音した波形データを一旦ノーマライズ（正規化）して減衰波形を持続波形にし、ループ処理をすることが行われている。また、該ノーマライズに関しては、ドラム、スネア等の打楽器音のレベルの小さい部分のＳ／Ｎを確保するためにも、該ノーマライズが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ピアノのように、発音開始の後の減衰する波形は低周波成分から高周波成分までの各周波成分を含んでいるが、これらの各周波成分はそれぞれ異なる減衰をする。いま、図１０の曲線ａが波形データであるとすると、該波形データの中の低周波成分（波形ｂ）は緩やかに減衰するが、高周波成分（波形ｃ）は急速に減衰する。一般的に、低い周波数の成分ほど緩やかに減衰し、高い周波数の成分ほど急速に減衰する。
【０００４】
従来のノーマライズは、波形の全ての周波数成分に対して同時になされるため、レベルの大きい低周波の成分のノーマライズは十分になされるが、レベルの低い高周波の成分のノーマライズは十分になされないという問題があった。また、このため、前記ループ処理において、高周波成分の出方が均一になりにくいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、波形の全ての周波数成分に対して十分にノーマライズすることのできる楽音信号処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、楽音信号処理装置において、楽音に含まれる各周波数帯域成分を、独立的かつ一様にノーマライズするノーマライズ手段を具備した
【０００７】
本発明によれば、楽音波形の全ての周波数帯域成分に対して十分にノーマライズすることができるので、該ノーマライズされた波形データを楽音発生のための基本波形データとして用いると、発音開始後の減衰する波形のループ処理等が簡単になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図２は、本発明が適用される電子楽器の構成を示すブロック図である。図において、キーボード部１には複数のキーが設けられており、該複数のキーの押鍵および離鍵状態はキーに対応して設けられた複数のタッチセンサ２で検出される。タッチセンサ２はバス３に接続されており、該タッチセンサ２で検出されたキーコードやタッチの情報はバス３を介してＣＰＵ４に入力される。
【０００９】
ＣＰＵ４はプログラムＲＯＭ８に格納されている制御プログラムに従って当該電子楽器の各部の動作を制御する。また、該ＣＰＵ４には、電源スイッチ、音色選択スイッチ、音量スイッチ等の種々のスイッチ類を有する操作パネル５、およびダンパ効果やソフト効果を与えるためのペダル６が接続されている。さらに、該ＣＰＵ４には、ＭＩＤＩインターフェース７を介して外部機器を接続することができる。
【００１０】
プログラムＲＯＭ８は、前記制御プログラムを記憶するプログラムメモリ、複数の音色に対応した波形データ、該波形データを制御して楽音を生成するための音色パラメータ等が記憶される音色データメモリ等を有している。該音色パラメータには、前記波形データのアドレス情報やエンベロープ制御情報等が含まれている。ＲＡＭ９はＣＰＵ１のワークエリアおよびバッファとして使用される。
【００１１】
ＰＣＭ波形メモリ１０には、楽音の元となる基本波形が、例えば３鍵毎の各音域に対応させて、該各音域に対応する記憶領域に記憶されている。この基本波形は、音の立上り部から持続部の一部（繰返し部）に至る連続した複数周期の波形により構成されている。ＤＣＯ（デジタル制御発振器）１１ａ、１１ｂはＣＰＵ４から送られてくる音高と対応するデジタル制御信号でその発振周波数を制御される。そして、ＤＣＯ１１ａ、１１ｂは該発振周波数でＰＣＭ波形メモリ１０から基本波形データを読みだす。
【００１２】
エンベロープ発生器１２は前記タッチセンサ２からの情報に基づいて生成されるキーオンパルスおよびキーオフパルスに応答して、エンベロープ波形信号を発生する。このエンベロープ波形信号は、鍵押圧中は一定レベルを維持し、離鍵後は減衰するものである。しかし、このようなエンベロープ波形に限らず、パーカッシブ系のエンベロープ波形を発生するようにしても良い。エンベロープ発生器１２で発生されたエンベロープ波形信号は乗算器１３ａ、１３ｂに与えられ、前記ＰＣＭ波形メモリ１０から読み出された基本波形信号にエンベロープを付与する。
【００１３】
フィルタ係数発生部１４は音色を表す制御パラメータをフィルタ部１５ａ、１５ｂに出力する。フィルタ部１５ａ、１５ｂは入力してきた波形信号に音色制御を施し、Ｄ／Ａ変換器１６へ出力する。Ｄ／Ａ変換器１６は入力してきたディジタル楽音信号をアナログ信号に変換し、サウンドシステム１７へ送出する。サウンドシステム１７はスピーカを含み、楽音を発生する。
【００１４】
本発明は、前記ＰＣＭ波形メモリ１０に記憶する波形データの作成の仕方に関するものであり、特に波形データの持続部の一部（繰返し部）を作成するのに供されるノーマライズ処理に関する。
【００１５】
図１は、本発明の楽音信号処理装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図示されているように、本実施形態は、波形データａ（例えば、自然楽器音の録音信号である波形データ）が入力してくるＡ／Ｄ変換部２１、該Ａ／Ｄ変換された波形データが元ＰＣＭデータとして記憶されるメモリ２２、該メモリ２２に記憶されたデータを制御部２３から指示された周波数帯域成分毎に抽出する周波数帯域成分抽出部２３、該周波数帯域成分抽出部２３によって抽出された周波数帯域成分をノーマライズ処理するノーマライズ処理部２４、該ノーマライズ処理されたデータと先にノーマライズ処理されたバッファメモリ２６に蓄積されているデータとを加算合成して、再度バッファメモリ２６に送出する加算合成処理部２５と、該加算合成処理部２５から受けたデータを記憶するバッファメモリ２６と、前記した各部等の動作を制御する制御部２７とから構成されている。なお、図中の実線はデータを表し、点線は制御信号を表している。
【００１６】
次に、前記した構成を有する楽音信号処理装置の動作を、図３、図４を参照して以下に説明する。ここに、図３は前記周波数帯域成分抽出部２３の周波数帯域を説明する図であり、図４は、楽音信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【００１７】
図３において、横軸に取られているＦｃｌは各周波数帯域の低い方のカットオフ周波数、Ｆｃｈは高い方のカットオフ周波数を表している。本実施形態では、前記周波数帯域は、Ｎ個の周波数帯域、すなわち、Ｆｃｌ（１）  （＝０Ｈｚ）〜Ｆｃｈ（１）  、Ｆｃｌ（２）  〜Ｆｃｈ（２）  、…、Ｆｃｌ（Ｎ）  〜Ｆｃｈ（Ｎ）  （＝Ｆｓ／２，Ｆｓ  ：サンプリング周波数）から構成されているものとする。
【００１８】
図４のステップＳ１では、波形データａが本装置に入力され、制御部２７は分割数Ｎを周波数帯域成分抽出部２３にセットする。ステップＳ２では、あるカウンタ値Ｉ＝１と置かれると共に、バッファメモリ２６が初期化される。ステップＳ３では前記波形データは前記Ａ／Ｄ変換部２１によりＡ／Ｄ変換される。ステップＳ４では、該Ａ／Ｄ変換された波形データは、元ＰＣＭデータとしてメモリ２２に記憶される。ステップＳ５では、各周波数帯域が求められる。最初は、Ｉ＝１であるので、Ｆｃｌ（１）  （＝０Ｈｚ）〜Ｆｃｈ（１）  の周波数帯域が求められる。
【００１９】
次に、ステップＳ６では、メモリ２２から読み出された元ＰＣＭデータにＦｃｌ（１）  〜Ｆｃｈ（１）  のバンドパスフィルタをかけて、該Ｆｃｌ（１）  〜Ｆｃｈ（１）  の成分が抽出される。ステップＳ７では、ノーマライズ処理部２４は該抽出された周波数成分に対してエンベロープノーマライズする。ステップＳ８では、加算合成処理部２５はバッファメモリ２６のデータを読みだし、ノーマライズされたデータと加算合成する。続いて、ステップＳ９に進み、該バッファメモリ２６のデータを該加算合成されたデータに書き換える。
【００２０】
次に、ステップＳ１０でＩ＝Ｎになったか否かの判断をする。この判断が否定の時にはステップＳ１１でＩを１インクリメントした後ステップＳ５に戻り、Ｆｃｌ（２）  〜Ｆｃｈ（２）  の周波数帯域が求められる。そして、ステップＳ６では、メモリ２２から読み出された元ＰＣＭデータにＦｃｌ（２）  〜Ｆｃｈ（２）  のバンドパスフィルタをかけて、該Ｆｃｌ（２）  〜Ｆｃｈ（２）  の成分が抽出される。以下、前記した動作が、ステップＳ１０の判断が肯定になるまで続けられる。
【００２１】
以上のようにして、ステップＳ１０の判断が肯定になると、ステップＳ１２に進み、バッファメモリ２６のデータが前記ＰＣＭ波形メモリ１０に転送される。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、自然楽器音の録音信号である波形データａは、Ｎ個のバンドパスフィルタでＮ個の周波数帯域に分割され、それぞれが独立的にノーマライズされるので、波形の全ての周波数成分に対して十分にノーマライズすることができるようになる。
【００２３】
図５は、前記実施形態と同様に動作する楽音信号処理装置をハード構成で実現したブロック図を示す。該楽音信号処理装置は、録音された自然楽器音の入力信号ａをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部５１と、全周波数帯域をＮ個の周波数帯域に分割する複数個のバンドパスフィルタ５２ａ、５２ｂ、…、５２ｎと、該バンドパスフィルタ５２ａ、５２ｂ、…、５２ｎから出力されたｎ個の周波数帯域の信号をノーマライズする複数個のノーマライズ装置５３ａ、５３ｂ、…、５３ｎと、該複数個のノーマライズ装置５３ａ、５３ｂ、…、５３ｎでノーマライズされた信号を加算する加算器５４から構成されている。なお、前記複数個のバンドパスフィルタ５２ａ、５２ｂ、…、５２ｎの帯域は重ならず、全てのフィルタを足すとオールパスフィルタ（全帯域通過フィルタ）になるものとする。また、前記ノーマライズ装置５３ａ、５３ｂ、…、５３ｎとしては、従来から周知のものを用いることができる。
【００２４】
この装置によれば、自然楽器音の録音信号はＡ／Ｄ変換部５１でディジタル信号に変換された後、複数個のバンドパスフィルタ５２ａ、５２ｂ、…、５２ｎで５個の周波数帯域に分割され、それぞれが独立的にノーマライズされるので、波形の全ての周波数成分に対して十分にノーマライズすることができるようになる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態について、図６および図７を参照して説明する。図６は本実施形態の概略の構成を示すブロック図、図７は本実施形態の動作を説明するフローチャートである。この実施形態は、時間変化デジタルフィルタを用いてノーマライズした点に特徴がある。
【００２６】
図示されているように、本実施形態は、波形データａが入力してくるＡ／Ｄ変換部３１、該Ａ／Ｄ変換された波形データが元ＰＣＭデータとして記憶されるメモリ３２、該メモリ３２に記憶されたデータから制御部３９の指示に従って、後述する各調査ポイント毎にフォルマントを抽出するフォルマント抽出部３３、基準となるフォルマントを記憶する基準フォルマント記憶部３４、前記基準フォルマントと前記フォルマント抽出部３３で抽出されたフォルマントとの差分を求める差分フォルマント演算部３５、該差分フォルマントに近似したフィルタを設計し、各調査ポイントのフィルタ係数を用いて時間変化フィルタを設計する時間変化フィルタ設計部３６、設計された前記時間変化フィルタを前記メモリ３２に記憶されている元ＰＣＭデータに適用するフィルタ処理部３７、および前記した各部を制御する制御部３８から構成されている。
【００２７】
次に、前記構成を有する本実施形態装置の動作を、図７、図８を参照して説明する。図８は波形データａに対するｆ特調査ポイントＰ（Ｎ）の説明図である。ステップＳ２１では、波形データａがＡ／Ｄ変換部３１に入力される。また、制御部３８はｆ特調査ポイント数Ｎとｆ特調査ポイントＰ（Ｎ）  をフォルマント抽出部３３に設定する（図８参照）。ステップＳ２２では、あるカウンタ値Ｉ＝１と置かれる。ステップＳ２３では、Ａ／Ｄ変換部３１が波形データａをＡ／Ｄ変換する。ステップＳ２４では、該Ａ／Ｄ変換された波形データを元ＰＣＭデータとして、メモリ３２に記憶する。ステップＳ２５では、ｆ特調査ポイントＰ（Ｉ）  におけるフォルマントを抽出する。ステップＳ２６では、Ｉ＝１が成立するか否かの判断がなされ、この判断が肯定の時にはステップＳ２７に進んで、該抽出されたフォルマントを基準値として、基準フォルマント記憶部３４に記憶する。このｆ特調査ポイントＰ（１）  はノーマライズ開始の位置を示し基準点となる。
【００２８】
前記ステップＳ２６の判断が否定の時にはステップＳ２８に進み、前記差分フォルマント演算部３５は、前記基準フォルマントから抽出したフォルマントを引算し、差分フォルマントを求める。ステップＳ２９では、前記時間変化フィルタ設計部３６は該差分フォルマントに近似したフィルタを既知の方法で設計し、ステップＳ３０では、該設計したフィルタの係数Ｋ（Ｉ）  を記憶する。ステップＳ３１では、Ｉ＝Ｎとなったか否かが判断され、この判断が否定の時にはステップＳ３２に進んで、Ｉに１が加算される。そして、ステップＳ２５に戻って、次の調査ポイントＰ（Ｉ）  でのフォルマント抽出が実行される。以下、前記した動作が、ステップＳ３１の判断が肯定になるまで繰返される。
【００２９】
ステップＳ３１が肯定になると、ステップＳ３３に進む。なお、該ステップＳ３１が肯定になった時には、ステップＳ３０において、各調査ポイントＰ（１）  〜Ｐ（Ｎ）  におけるフィルタ係数Ｋ（１）  〜Ｋ（Ｎ）  が求められていることになる。ステップＳ３３では、前記時間フィルタ設計部３６は、ステップＳ３０で記憶したフィルタ係数を用いて、各ポイント間のフィルタ係数を補間で求め、時間変化フィルタを設計する。なお、該補間をするのは、各ポイント毎に求めたフィルタ係数をそのままフィルタにセットすると、フィルタ特性が階段状になり、聴感上不自然となるのを防止し、時間的に滑らかに変化するようにするためである。この補間は直線補間等を用いることができる。この直線補間によって得られるフィルタ係数の一例を概念的に示すと図９のようになる。
【００３０】
ステップＳ３４では、前記フィルタ処理部３７は、前記時間変化フィルタを前記メモリ３２に記憶されている元ＰＣＭデータに適用する。最後に、ステップＳ３５にて、ステップＳ３４で求めたＰＣＭデータをＰＣＭ波形メモリ１０に送り記憶する。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、波形データに対して各調査ポイントＰ（１）  〜Ｐ（Ｎ）  を設定し、基準点Ｐ（１）  におけるフォルマントを基準フォルマントとし、該基準フォルマントと他の調査ポイントＰ（２）  〜Ｐ（Ｎ）  でのフォルマントとの差分をとり、この差分フォルマントに近似したフィルタを設計するようにしたので、波形の全ての周波数成分に対して十分にノーマライズすることができるようになる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、楽音波形の全ての周波数成分に対して十分にノーマライズすることができるという効果がある。また、本発明によりノーマライズされた波形データを用いると、発音開始後の減衰するループ処理等が簡単になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用される電子楽器の構成を示すブロック図である。
【図３】周波数帯域分割を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】該第１の実施形態をハード構成で実現したブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】該第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】楽音の調査ポイントの説明図である。
【図９】時間変化フィルタの係数値の一例の概念図である。
【図１０】従来のノーマライズの説明図である。
【符号の説明】
１０…ＰＣＭ波形メモリ、１１ａ、１１ｂ…ＤＣＯ、１２…エンベロープ発生器、２１、３１…Ａ／Ｄ変換部、２２、３２…メモリ、２３…周波数帯域成分抽出部、２４…加算合成処理部、２６…バッファメモリ、２７、３８…制御部、３３…フォルマント抽出部、３４…基準フォルマント記憶部、３５…差分フォルマント演算部、３６…時間変化フィルタ設計部、３７…フィルタ処理部。
【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８】
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【図６】
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【図７】
0003599981.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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