(57)【要約】【課題】音高感のある不規則雑音信号を発生させる。【解決手段】白色雑音信号を発生させる白色雑音発生源と、各発音させるべき楽音の音高および発音時点を選択的に指定する演奏手段と、前記白色雑音信号を入力し、前記演奏手段で指定された音高を通過帯域の中心周波数として通過させてフィルタ出力信号を出力する二次無限インパルス応答フィルタと、前記フィルタ出力信号を前記演奏手段で指定された発音時点に通過させて開閉出力信号を出力する信号開閉手段とを備えて、楽音信号発生システムが構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色雑音信号を発生させる白色雑音発生源と、
各発音させるべき楽音の音高および発音時点を選択的に指定する演奏手段と、
前記白色雑音信号を入力し、前記演奏手段で指定された音高を通過帯域の中心周波数として通過させてフィルタ出力信号を出力する二次無限インパルス応答フィルタと、
前記フィルタ出力信号を前記演奏手段で指定された発音時点に通過させて開閉出力信号を出力する信号開閉手段と
を備えてなる、楽音信号を形成するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の楽音信号を形成するシステムにおいて、
前記二次無限インパルス応答フィルタは、フィルタ周波数特性を定義する伝達関数の係数が前記演奏手段で指定された音高に応じて設定されることによって前記通過帯域の中心周波数が当該音高に等しく設定される
ことを特徴とする楽音信号を形成するシステム。
【請求項３】
白色雑音信号を発生させるステップと、
各発音させるべき楽音の音高および発音時点を選択的に指定するステップと、
前記白色雑音信号を、前記指定された音高を通過帯域の中心周波数として通過させる二次無限インパルス応答フィルタに入力して、当該フィルタの出力信号を得るステップと、
前記二次無限インパルス応答フィルタの出力信号を前記指定された発音時点に通過させるべく開閉して開閉出力信号を得るステップと
を備えてなる、楽音信号を形成する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の楽音を形成する方法において、
前記フィルタの出力信号を得るステップは、前記二次無限インパルス応答フィルタの周波数特性を定義する伝達関数の係数を前記指定された音高に応じて設定することによって前記通過帯域の中心周波数を前記音高に等しく設定するステップを含む
ことを特徴とする楽音信号を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子楽器などに応用できる楽音信号を形成するシステムおよび方法に関し、より詳しくは、あたかも風の音で音楽を奏でているかのように感じさせる効果が得られるように、白色雑音信号を狭帯域の帯域通過フィルタに通すことにより楽音としての音高感を与える不規則雑音信号として発音させるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子楽器など、電子回路により楽音信号を発生する機器においては、音階音の音高を基本周波数として音色に応じた高調波を含む楽音信号を発生させて、音楽を演奏するのに利用している。発生される楽音は、明確な音高と音色を有するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、特殊な効果として、風が吹き荒ぶ感じの「ひゅうひゅう」という不規則雑音に音高感を持たせて、音高感を持った不規則雑音で音楽を奏でてみようというもので、そのための音高感を持った不規則雑音を楽音信号として発音させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、この発明による楽音信号を形成するシステムは、白色雑音信号を発生させる白色雑音発生源と、各発音させるべき楽音の音高および発音時点を選択的に指定する演奏手段と、白色雑音信号を入力し、演奏手段で指定された音高を通過帯域の中心周波数として通過させてフィルタ出力信号を出力する二次無限インパルス応答フィルタと、当該フィルタ出力を演奏手段で指定された発音時点に通過させて開閉出力信号を出力する信号開閉手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００５】
加えて、この発明のシステムは、二次無限インパルス応答フィルタのフィルタ周波数特性を定義する伝達関数の係数が演奏手段で指定された音高に応じて設定されることによって通過帯域の中心周波数が当該音高に等しく設定されることを特徴とする。
【０００６】
さらに、この発明による楽音信号を形成する方法は、白色雑音信号を発生させるステップと、各発音させるべき楽音の音高および発音時点を選択的に指定するステップと、白色雑音信号を、指定された音高を通過帯域の中心周波数として通過させる二次無限インパルス応答フィルタに入力して、当該フィルタの出力信号を得るステップと、当該フィルタの出力信号を指定された発音時点に通過させるべく開閉して開閉出力信号を得るステップと
を含んでなることを特徴とする。
【０００７】
加えて、この発明の方法は、フィルタの出力信号を得るステップが、二次無限インパルス応答フィルタの周波数特性を定義する伝達関数の係数を指定された音高に応じて設定することによって当該フィルタの通過帯域の中心周波数を当該音高に等しく設定するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、指定した音高感を与える不規則雑音信号を指定した時点に楽音信号として発音することができるので、「ひゅうひゅう」といういわゆる風のような不規則雑音でもって音高の並んだ音楽を奏でることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態の構成の概要を示すブロック線図である。
【図２】図１の実施形態において使用される開閉包絡線波形の波形図である。
【図３】この発明の実施形態において使用される二次無限インパルス応答フィルタの構成の一例を示すブロック線図である。
【図４】図３の二次無限インパルス応答フィルタの第一の周波数特性の例を示すグラフである。
【図５】図４の周波数特性の二次無限インパルス応答フィルタにおける入力信号波形と出力信号波形を示す波形図である。
【図６】図３の二次無限インパルス応答フィルタの第二の周波数特性の例を示すグラフである。
【図７】図６の周波数特性の二次無限インパルス応答フィルタにおける入力信号波形と出力信号波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１を参照して、この発明の実施形態の構成の概要を説明する。図１に示すように、この発明の楽音信号を形成するシステムは、白色雑音信号ＷＮを発生させる白色雑音発生源１と、各発音させるべき楽音の音高ＮＰおよび発音時点ＫＴを選択的に指定する演奏手段２と、演奏手段２で指定された音高ＮＰに応じてフィルタ（後述）の伝達関数の係数ＦＣを出力するフィルタ係数出力手段３と、白色雑音信号ＷＮを入力し、係数ＦＣによってフィルタの周波数特性を定めることによって演奏手段２で指定された音高ＮＰをフィルタの通過帯域の中心周波数として雑音信号を通過させてフィルタ出力信号ＦＯを出力する二次無限インパルス応答フィルタ４と、演奏手段２で指定された発音時点ＫＴを表すキーオン信号およびキーオフ信号に基づいて発生すべき楽音の包絡線（振幅の変化形状）の波形ＥＶを発生させる開閉包絡線波形発生手段６と、二次無限インパルス応答フィルタ４のフィルタ出力信号ＦＯを開閉包絡線波形ＥＶに従って開閉通過させて開閉出力信号ＫＯを出力する信号開閉手段７とを備えて構成されている。
【００１１】
次いで、図１をさらに詳しく説明する。白色雑音発生源１は、例えば、サンプル周波数４４．１ｋＨｚでデジタルの乱数を白色雑音信号ＷＮとして発生するデジタル乱数発生器である。演奏手段２は、例えば、鍵盤楽器の鍵盤であり、所望の音高の音を所望の時点で発音させるべく押鍵操作して音楽を演奏するためのものであり、押鍵されたキーの音高を表す信号ＮＰをフィルタ係数発生手段３に供給するとともに、押鍵されたキーのキーオンとキーオフの時点を表す信号ＫＴを開閉包絡線波形発生手段５に供給する。フィルタ係数発生手段３は、二次無限インパルス応答フィルタ４の通過帯域の中心周波数を音高ＮＰに等しく設定するために、二次無限インパルス応答フィルタ４の伝達関数の複数の係数を音高ＮＰに応じて定めて、それら各係数を表す信号ＦＣを二次無限インパルス応答フィルタ４に供給する。二次無限インパルス応答フィルタ４は、共振型の狭帯域フィルタで、その入力信号に対する出力信号の比を表す伝達関数で定義される周波数特性を有する。伝達関数の各係数ＦＣが音高ＮＰに応じて決められた値で供給されることにより、二次無限インパルス応答フィルタ４の通過帯域の中心周波数が音高ＮＰに等しく設定される。
【００１２】
開閉包絡線波形発生手段６は、通称「エンベロープジェネレータ」とも称され、演奏する各楽音を発音させるに際してその立上り部分、持続部分、立下り部分に過渡的な振幅変化を付与しながら楽音信号を開閉するための開閉包絡線波形ＥＶを発生させる回路であり、その波形ＥＶは、図２に示すように、キーオンで始まるアタック立上り部Ｕ、アタック戻り部Ｖ、それに続いて押鍵されている間一定振幅で持続する持続部Ｗ、およびキーオフで始まるディケイ部Ｘを有する波形である。発音の際にアタック部を目立たせる必要がない場合は、アタック戻り部Ｖは省略される。また、撥弦楽器的な演奏効果を表現する場合は、アタック立上り部Ｕに続いて直ちにディケイ部Ｘが始まるような包絡線が利用される。この開閉包絡線波形ＥＶを信号開閉手段７において二次無限インパルス応答フィルタ４から出力されるフィルタ出力信号ＦＯに乗算して、開閉包絡線による振幅変化の付与された開閉出力信号ＫＯが得られる。
【００１３】
次に、図３を参照しながら、この発明で重要な役割を果たす二次無限インパルス応答フィルタ４の構成について説明する。この発明で使用する二次無限インパルス応答フィルタ４は、所定のサンプリング周波数Ｆs（例えば、４４．１ｋＨｚ）でサンプル化された音声信号の各サンプルの波高値を表すデジタル信号を処理する共振型のデジタルフィルタであり、その構成の例を図３のブロック線図に示す。
【００１４】
図３において、乗算器４０は、この二次無限インパルス応答フィルタ４の入力Ｆin（図１の信号ＷＮがこの入力となる）に係数Ｂ0を乗算して出力する。加算機４１は、乗算器４０の出力に後述する加算機４８の出力を加算して出力する。乗算器４２は、加算機４１の出力に係数Ａ0を乗算して出力する。加算機４３は、乗算器４２の出力に後述する加算機５１の出力を加算して、この二次無限インパルス応答フィルタ４の出力Ｆout（図１の信号ＦＯがこの出力となる）を出力する。遅延回路４４は、加算機４１の出力を１サンプリング周期（１／Ｆs）だけ遅延させて出力する。遅延回路４５は、遅延回路４４の出力をさらに１サンプリング周期だけ遅延させて出力する。乗算器４６は、遅延回路４４の出力に係数Ｂ1を乗算して出力し、乗算器４７は、遅延回路４５の出力に係数Ｂ2を乗算して出力し、加算機４８は、乗算器４６の出力と乗算器４７の出力を加算して出力し、その出力を前述した加算機４１の一方の入力として供給する。乗算器４９は、遅延回路４４の出力に係数Ａ1を乗算して出力し、乗算器５０は、遅延回路４５の出力に係数Ａ2を乗算して出力し、加算機５１は、乗算器４９の出力と乗算器５０の出力を加算して出力し、その出力を前述した加算機４３の一方の入力として供給する。
【００１５】
ここで、図３の二次無限インパルス応答フィルタ４の動作特性について解析する。このフィルタの伝達関数Ｈ(ｚ)、すなわち、フィルタの入力信号Ｆinに対する出力信号Ｆoutの比（Ｆout／Ｆin）は、式［数１］で表される。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
ここに、ｚ-1は、遅延回路４４による１段の遅延演算子、ｚ-2は、遅延回路４４および遅延回路４５による２段の遅延演算子である。信号波の周波数をｆ（したがって、角周波数ω＝２πｆ）、サンプリング周波数をＦs（したがって、サンプリング周期、すなわち遅延時間Ｔ ＝ １／Ｆs）とし、信号波の複素周波数のうち実数部のネイピア周波数を０とし、虚数部の角周波数をｊωと置くと、ｚ-1およびｚ-2は、式［数２］で表される。
【００１８】
【数２】
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【００１９】
また、Ａ0、Ａ1、Ａ2、Ｂ0、Ｂ1、Ｂ2は、それぞれ図３における乗算器４２、４９、５０、４０、４６、４７において乗算される係数であって、フィルタの通過帯域の中心周波数（共振周波数）をＦ0（したがって、中心角周波数ω0 ＝ ２πＦ0）とし、フィルタの通過帯域の鋭さ（共振の強さ）をＲとし、通過帯域幅をωr（ωr ＝ ω0／Ｒ）として、それぞれ式［数３］で定まる値である。Ａ0、Ａ1、Ａ2は、周波数に無関係に定まっている定数である。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
これらの係数Ａ0、Ａ1、Ａ2、Ｂ0、Ｂ1、Ｂ2は、各音高の周波数に対してテーブルの形で用意されていて、図１のフィルタ係数発生手段３を構成するＲＯＭに記憶されており、演奏手段２が音高を指定する度にその音高に対する係数の組がテーブルから読み出されて図３のフィルタ４を構成する各所定の回路ブロック４０〜５１に供給されて、フィルタ４の通過帯域の中心周波数が当該指定された音高の周波数に設定される。
【００２２】
ここで、式［数１］のｚ-1およびｚ-2に式［数２］の関係を代入して、伝達関数を変数ｊωを用いて表すと、式［数４］が得られ、この伝達関数Ｈ(ｊω)は、図３の二次無限インパルス応答フィルタの周波数特性を表すものである。このフィルタの振幅の周波数特性は、複素数である伝達関数Ｈ(ｊω)の絶対値Ｐ(ｊω)であり、式［数５］で表され、このフィルタの位相の周波数特性は、複素数である伝達関数Ｈ(ｊω)の偏角Ｑ(ｊω)であり、式［数６］で表される。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
【数５】
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【００２５】
【数６】
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【００２６】
続いて、図３の二次無限インパルス応答フィルタについて、具体的な周波数特性および位相特性を、音声信号のサンプリング周波数Ｆs ＝ ４４，１ｋＨｚ、発生すべき楽音信号の音高Ｃ６（Ｆ ＝ １０４６．５０２Ｈｚ）、フィルタの共振の強さＲ ＝ １２０の場合に対して求めると、以下のようになる。
【００２７】
まず、与えられた条件を［数７］に挙げる。
【００２８】
【数７】
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【００２９】
これらの条件の下に式［数３］で示した各係数を求めると、［数８］のとおりである。
【００３０】
【数８】
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【００３１】
楽音信号のこれら周波数条件および係数の値を前記の式［数５］および［数６］に代入して周波数に対するＰ(ｊω)およびＱ(ｊω)の値をグラフに描くと、［図４］のとおりである。図中、Ｐは、フィルタの振幅の周波数特性、Ｑは、フィルタの位相の周波数特性である。［図４］から分かるように、このフィルタは、極めて鋭い狭帯域の通過フィルタであり、共振周波数Ｆ0におけるフィルタの利得は、この図から読み取ると、約３４．５ｄＢである。
【００３２】
このフィルタに、Ｆs ＝ ４４，１ｋＨｚでサンプリングされた白色雑音信号を入力信号Ｆinとして入力し、フィルタの通過帯域の中心周波数をＦ0 ＝ １０４６．５０２Ｈｚとした場合のフィルタの入力信号Ｆinと出力信号Ｆoutの波形の一部（約３０ミリ秒）の例を［図５］に示す。図５は、入力信号Ｆinと出力信号Ｆoutの波形を上下に対応させた形で３段に折り返して約３０ミリ秒の区間について示している。このことから、出力波形ＦoutとしてＦ0の周波数成分を強く含みながら振幅が不規則に変化している波形が得られていることが分かる。この出力音声信号は、音高感を持った「ひゅうひゅう」という風のような感じの音である。
【００３３】
さらに、同じ周波数条件で、フィルタの共振の強さを異ならせて、Ｒ ＝ ８０とした場合について、説明する。
【００３４】
上記［数７］に対応する条件は、［数９］に示す値となる。
【００３５】
【数９】
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【００３６】
次いで、上記［数８］に対応する各係数の値は、［数１０］に示す値となる。
【００３７】
【数１０】
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【００３８】
この場合の、上記［図４］に対応するフィルタの周波数特性は、［図６］のようになり、［図４］の場合に極めて似た特性であり、［図６］から読み取ると、共振周波数Ｆ0におけるフィルタの利得は、約３１．５ｄＢである。
【００３９】
また、この場合の、上記［図５］に対応するフィルタの入力信号Ｆinと出力信号Ｆoutの波形の例を示すと、［図７］のようであった。この場合は、出力波形Ｆoutの振幅が［図５］の場合よりも大きく変動しているが、Ｆ0の周波数成分を強く含みながら振幅が不規則に変化していることが分かる。この出力音声信号は、［図５］の場合より若干音高感の鋭さが少ないながら、音高感を持った「ひゅうひゅう」という風のような感じの音である。
【００４０】
上記の説明は、いずれも音高Ｃ６（周波数＝１０６４．５０２Ｈｚ）の音高感を与える不規則雑音信号を発生させる場合について述べたが、他の音高の音高感を与える不規則雑音信号を発生させるには、先にも説明したように、各音高に応じて用意されているフィルタ伝達関数の係数の組の中から演奏手段２によって指定された音高に対する係数の組を読み出して、フィルタ４に供給することにより、当該指定された音高の音高感を与える不規則雑音信号を発生させる。
【００４１】
さらに、同時に複数の楽音を発生させることのできる複音電子楽器としてこの発明の楽音形成システムを実現するには、図１に示す構成を発音チャンネルとして最大許容発音鍵数に相当する複数組用意しておいて、チャンネルアサイナにより選択的に割り当てながら使用する構成とするか、または一組の回路を時分割動作により複数チャンネルとして動作させて、チャンネルアサイナにより選択的に割り当てながら使用する構成とすればよい。
【００４２】
なお、上記の実施形態では、図１および図３において、ハードウェアの回路構成により説明したが、コンピュータプログラムによりソフトウェア的に構成して、各回路ブロックの機能をコンピュータに実行させることでこの発明を実施することができる。
【００４３】
以上に説明したように、この発明によるシステムおよびそのシステムで実行される方法によれば、指定する音高感を与える不規則雑音信号を指定した時点に楽音信号として発音させることにより、不規則雑音でもって音高の並んだ音楽を奏でることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…白色雑音信号発生源、２…演奏手段、３…フィルタ係数発生手段、４…二次無限インパルス応答フィルタ、６…開閉包絡線波形発生手段、７…信号開閉手段、４０…乗算器、４１…加算器、４２…乗算器、４３…加算器、４４…遅延回路、４５…遅延回路、４６…乗算器、４７…乗算器、４８…加算器、４９…乗算器、５０…乗算器、５１…加算器、Ｐ…振幅の周波数特性、Ｑ…位相の周波数特性、Ｕ…アタック立上り部、Ｖ…アタック戻り部、Ｗ…持続部、Ｘ…ディケイ部。
【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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