(57)【要約】【課題】波形メモリを増大させずに、打鍵強さに対して連続的に変化させながら原信号を再現すると共に、打鍵強さに応じた倍音の減衰を再現することが可能な音色制御方法及び音色制御システムを提供する。【解決手段】波形データ作成部１０で、原信号が複数の帯域に分離され、振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎにより高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープが伸張せしめられて、これらが加算されて波形メモリ４に記憶され、楽音発生部２０で、読み出された該波形データが再び複数の帯域に分離され、振幅エンベロープ制御手段８により打鍵強さによって各帯域毎のデータに付与する振幅エンベロープが夫々制御されて、これらに付与され、加算されて出力される。【選択図】        図１
2004309812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形データ作成時に、原信号を複数の帯域に分離し、高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張して、これらを加算し波形メモリに記憶しておき、楽音発生の際、該波形メモリから記憶した波形データを読み出して、これを複数の帯域に分離し、打鍵強さによって各帯域毎のデータに付与する振幅エンベロープを夫々制御し、これらに付与すると共に、これらを加算して出力することを特徴とする音色制御方法。
【請求項２】
波形データ作成時の帯域毎の振幅エンベロープの伸張処理は、独立ではなく高周波数帯域ほど時間変化が大きいことを特徴とする請求項１記載の音色制御方法。
【請求項３】
楽音発生時において、打鍵強さによって高周波数帯域ほどエンベロープを変化させて高次倍音の減衰を変化させる振幅エンベロープ制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の音色制御方法。
【請求項４】
波形データを記憶する波形メモリと、
原信号を複数の帯域に分離する第１のフィルタバンクと、
各帯域のうち高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張する振幅エンベロープ伸張手段と、
これらの伸張処理が施された各帯域の波形データを加算して上記波形メモリに記憶する波形データ合成手段と、
該波形メモリから記憶した波形データを読み出して、これを複数の帯域に分離する第２のフィルタバンクと、
打鍵強さにより、各帯域毎のデータに付与すべき振幅エンベロープを生成する振幅エンベロープ制御手段と、
各帯域毎のデータに、上記のようにして生成された各振幅エンベロープを夫々付与する振幅エンベロープ付与手段と、
これらの振幅エンベロープの付与された各周波数帯域の波形データを加算して出力する波形データ加算手段とを少なくとも有することを特徴とする音色制御システム。
【請求項５】
上記振幅エンベロープ伸張手段による帯域毎の振幅エンベロープの伸張処理は、独立ではなく高周波数帯域ほど時間変化が大きいことを特徴とする請求項４記載の音色制御システム。
【請求項６】
上記振幅エンベロープ制御手段では、打鍵強さによって高周波数帯域ほどエンベロープを変化させて高次倍音の減衰を変化させる振幅エンベロープ制御を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の音色制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、読み出した波形データを複数帯域に分離し、その帯域毎に振幅レベルを変更して音色を制御する音色制御方法及び音色制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子楽器において、波形メモリに記憶された波形データを読み出し、これにデジタルフィルタを付与して（デジタルフィルタによるフィルタリングをして）波形データを加工することにより音色を変化させることが、一般に行われている。
例えば、ある音高に対してひとつの強打波形データを記憶しておき、打鍵強さに応じてデジタルフィルタのカットオフ周波数を制御することで、弱打では倍音が少なく、強打では倍音が多く含まれる楽音を発生することが出来る。
【０００３】
又、別の方法として、読み出した波形データを複数の周波数帯域に分離し、夫々の帯域信号に対してレベルを制御する（振幅エンベロープを付与する）ことにより、波形データの周波数特性を変更して、同様に弱打では倍音が少なく、強打では倍音が多く含まれる楽音を発生することも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方式では、打鍵強さに対する音色変化を得ることが出来る。しかし、実際のピアノ音では、打鍵強さによって倍音の減衰時間が異なっており、このような現象を再現することは出来なかった。
【０００５】
図１３に、強打及び弱打における、ピアノＣ３の２倍音と７倍音のレベルの時間変化を示す。これによると、２倍音は強打と弱打でほとんど変わらないが、７倍音は強打の方が弱打よりも減衰が早くなっている。尚、この図では減衰を比較し易いように、夫々の倍音につき、レベルの最大値を合わせてある。実際には弱打のレベルは全体的に小さい。
【０００６】
上述した従来技術では、強打波形を波形メモリに記憶するため、これをデジタルフィルタでフィルタリングしても、倍音の減衰は強打のままなので（高次倍音ほど素早く減衰する）、実際のピアノ音のような違いを再現することが出来なかった。
【０００７】
また、デジタルフィルタのカットオフ周波数を時間変化させることが考えられるが、デジタルフィルタを用いる方式は減算方式なので、波形メモリには倍音を多く含む強打波形を記憶する必要がある。強打波形の倍音のレベルの減衰は弱打のそれに対して早いため、減算方式であるデジタルフィルタでは、早い減衰を遅くすることは出来ない。
【０００８】
同様の理由から、読み出した波形データを複数の帯域に分離し、夫々に対して振幅エンベロープを付与する方式でも、記憶された波形データの倍音の早い減衰を遅くすることは出来ない。
【０００９】
これを解決するため、波形メモリに強打だけでなく、中打や弱打などの色々な打鍵強さの波形を記憶しておき、打鍵強さに応じて読み出す波形を切り換える方式が考案されている。この方式では、弱打と強打の倍音の減衰の違いを再現できるが、打鍵強さに対して連続的に変化させることが出来ず、又波形メモリが増大するという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題に鑑み創案されたもので、波形メモリを増大させずに、打鍵強さに対して連続的に変化させながら原信号を再現すると共に、打鍵強さに応じた倍音の減衰を再現することが出来る音色制御方法及び音色制御システムを提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る音色制御方法の構成は、波形データ作成時に、原信号を複数の帯域に分離し、高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張して、これらを加算し波形メモリに記憶しておき、楽音発生の際、該波形メモリから記憶した波形データを読み出して、これを複数の帯域に分離し、打鍵強さによって各帯域毎のデータに付与する振幅エンベロープを夫々制御し、これらに付与すると共に、これらを加算して出力することを基本的特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、波形データ作成の際に、原信号を複数の帯域に分離し、高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張して、これらを加算し波形メモリに記憶しておき、楽音発生の際に、該波形メモリから記憶した波形データを読み出し、これを複数の帯域に分離し、打鍵強さによって各帯域毎に付与する振幅エンベロープを制御するようにしているため、波形メモリを増大させずに、打鍵強さに対して連続的に変化させながら原信号を再現すると共に、打鍵強さに応じた倍音の減衰を再現出来るようになる。
尚、上記「打鍵強さ」という言葉には、ＭＩＤＩデータの入力によってフィルタを変化させる場合なども含まれるものとする。
【００１３】
上記請求項１の音色制御方法の構成において、波形データ作成時の帯域毎の振幅エンベロープの伸張処理は、独立ではなく高周波数帯域ほど時間変化が大きくなるように制御すると良い（請求項２）。
【００１４】
また上記請求項１又は請求項２の音色制御方法の構成では、楽音発生時において、打鍵強さによって高周波数帯域ほどエンベロープを変化させて高次倍音の減衰を変化させる振幅エンベロープ制御を行うようにすると良い（請求項３）。
【００１５】
上述したこれまでの従来技術では、単に、楽音発生の段階で、複数系列の振幅レベルや振幅エンベロープを個別に制御して加算し、音色だけを制御している。
これに対し、本発明の構成では、その前段階での波形データ作成段階で、高周波数帯域ほど時間変化が大きくなるように各帯域毎の振幅エンベロープを伸張せしめ（楽音発生部で付与する強打時における各帯域の振幅エンベロープの逆特性となるよう予め高周波数帯域ほど振幅を経時的に伸張せしめ）ると共に、そのような波形データ作成時の構成に対応させて、楽音発生時には、打鍵強さによって高周波数帯域ほどエンベロープを変化させて高次倍音の減衰を変化させようにしている。そのような構成により、単に音色の制御を行うだけでなく、打鍵強さに応じた倍音の減衰が再現出来るようになる（このような効果は従来技術に見られない新たな効果である）。
【００１６】
他方請求項４の構成は、請求項１に係る音色制御方法の実施システム構成を規定している。すなわち、
波形データを記憶する波形メモリと、
原信号を複数の帯域に分離する第１のフィルタバンクと、
各帯域のうち高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張する振幅エンベロープ伸張手段と、
これらの伸張処理が施された各帯域の波形データを加算して上記波形メモリに記憶する波形データ合成手段と、
該波形メモリから記憶した波形データを読み出して、これを複数の帯域に分離する第２のフィルタバンクと、
打鍵強さにより、各帯域毎のデータに付与すべき振幅エンベロープを生成する振幅エンベロープ制御手段と、
各帯域毎のデータに、上記のようにして生成された各振幅エンベロープを夫々付与する振幅エンベロープ付与手段と、
これらの振幅エンベロープの付与された各周波数帯域の波形データを加算して出力する波形データ加算手段とを少なくとも有することを特徴としている。
【００１７】
さらに該請求項４の音色制御システムでは、上記請求項２の場合と同様、上記振幅エンベロープ伸張手段による帯域毎の振幅エンベロープの伸張処理は、独立ではなく高周波数帯域ほど時間変化が大きくなるように制御すると良い（請求項５）。
【００１８】
加えて上記請求項４及び請求項５の音色制御システムでも、上記請求項３の場合と同様、上記振幅エンベロープ制御手段では、打鍵強さによって高周波数帯域ほどエンベロープを変化させて高次倍音の減衰を変化させる振幅エンベロープ制御を行うようにすると良い（請求項６）。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１に本発明の概念図を示す。
【００２０】
波形データ作成部１０では、録音などで得られた強打音の原信号を、複数のバンドパスフィルタで構成されるフィルタバンク１ａ〜１ｎによって複数の周波数帯域の信号に分離する。そして、振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎによって、高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープを伸張させ、これらを加算器からなる波形データ合成手段３により加算して、波形メモリ４に記憶する。
【００２１】
この振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎは、コンピュータやサンプリング装置或いはシンセサイザなどに備えられるＣＰＵ（図示なし）、該ＣＰＵにこのような振幅エンベロープを各帯域毎に生成する処理を行わせるプログラムメモリ（図示なし）及びその生成のために使用されるパラメータや係数を記憶しておくパラメータデータメモリ（図示なし）などにより構成される。そして、後述する楽音発生部２０で付与する強打時における各帯域の振幅エンベロープの逆特性となるよう予め高周波数帯域ほど振幅を経時的に伸張せしめる機能を有している。
【００２２】
楽音発生部２０では、波形メモリ４に記憶された波形データを波形データ読み出し手段５により読み出し、波形データ作成部１０と同様のフィルタバンク６ａ〜６ｎを用いて複数の周波数帯域の信号に分離する。そして、各周波数帯域毎に、後述のような方法で振幅エンベロープ制御手段８により生成された各振幅エンベロープを、乗算器で構成される振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎで各帯域信号に付与し、それらを加算器で構成される波形データ加算手段９により加算して、楽音を発生する。
【００２３】
後述する図２の音色選択スイッチ１５１で構成される音色選択手段１５１ａで選択された音色情報と、同図の鍵盤部１４０で構成される音高検出手段１４０ａ及び同じくタッチセンサ１４１で構成される打鍵強さ検出手段１４１ａにより押鍵された鍵盤部１４０の音高情報及び打鍵強さ情報とが検出されると、それらの情報が振幅エンベロープ制御手段８に出力される。
【００２４】
該振幅エンベロープ制御手段８は、入力された音高情報と打鍵強さ情報に基づいて、各周波数帯域毎に付与する振幅エンベロープを夫々算出し（夫々の振幅エンベロープは図１楽音発生部２０における振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎの右隣りに示してある）、これらの振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各帯域の信号に付与（乗算）する。
【００２５】
これらの処理がなされた各帯域毎の信号は、上記波形データ加算手段９により加算され、楽音が発生せしめられる。
【００２６】
ここで、強打の時には、楽音発生部２０で各周波数帯域に付与される振幅エンベロープは、波形データ作成部１０の対応する帯域において伸張されたエンベロープの特性と逆特性になるようにする（逆に言えば、波形データ作成時に振幅エンベロープ伸張手段２で、この振幅エンベロープ制御手段８で付与する強打時における各帯域の振幅エンベロープの逆特性となるように予め高周波数帯域ほど振幅を経時的に伸張せしめる処理が行われている）。これによって、原信号を再現することができる。
【００２７】
また弱打の時には、各周波数帯域に付与される振幅エンベロープは、時間経過に対して変化しないようにする。これによって、弱打時の高次倍音の減衰を再現する（この時の高次倍音の減衰は緩やかとなる）。この原理については、後述する。
【００２８】
ここで振幅エンベロープ制御手段８は、後述する図２におけるＣＰＵ１１０と、該ＣＰＵ１１０に上記のような処理を行わせるプログラムが記憶されたプログラムメモリ１２１、及び打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅が記憶されたエンベロープメモリ１２３を内蔵するＲＯＭ１２０とにより構成されている。
【００２９】
図２は、図１の上記楽音発生部２０の構成を有する電子楽器のシステム構成を示す説明図である。
【００３０】
上記電子楽器のシステム構成は、システムバス１００上に、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３０、鍵盤スキャン回路１４２を介して接続されたタッチセンサ１４１及び鍵盤部１４０、パネルスキャン回路１５２を介して接続されたパネル１５０、ペダルスキャン回路１６１を介して接続されたダンパーペダル１６０、外部入出力用のＭＩＤＩインターフェース１７０、各音色に対応する波形データを記憶する波形メモリ４から音色パラメータで設定された波形データの読み出しを行う波形データ読み出し手段５と、複数のバンドパスフィルタで構成されるフィルタバンク６ａ〜６ｎにより上記波形データから分離して出力される複数の周波数帯域の信号に対し、上記ＣＰＵ１１０・プログラムメモリ１２１及びエンベロープメモリ１２３で構成される振幅エンベロープ制御手段８により生成された各周波数帯域毎の振幅エンベロープを受け取って付与（乗算）する乗算器で構成される振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎと、同じくＣＰＵ１１０・プログラムメモリ１２１及びエンベロープメモリ１２３で構成される全体用振幅エンベロープ生成手段（図示なし）により生成された全体用振幅エンベロープを受け取って、後述する波形データ加算手段９から出力される１の楽音データに付与（乗算）する同じく乗算器で構成される全体用エンベロープ付与手段１８０とが、各接続されており、該システムバス１００を通じてこれらのデバイスに各種命令やデータの受け渡しがなされる。
【００３１】
また上記振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎの出力側には、これらの振幅エンベロープ付与処理がなされた各帯域毎の信号が加算されて１つの楽音データとして合成される加算器で構成される上記波形データ加算手段９と、該波形データ加算手段９より出力された１つの楽音データに対して上記全体用エンベロープ付与手段１８０により上記全体用振幅エンベロープ生成手段で生成された楽音全体としてのエンベロープが付与された楽音データをアナログデータに変換するＤ／Ａ変換回路１８１と、それを増幅する増幅器及び外部に発音せしめるスピーカなどのサウンドシステム１８２とが電気的に接続されている。
【００３２】
上記ＣＰＵ１１０は、ＲＯＭ１２０上の後述するプログラムメモリ１２１に記憶されている制御プログラムに従って、本実施例構成に係る電子楽器の各部を制御すると共に、同じくプログラムメモリ１２１に記憶されている電子楽音発生方法用のアプリケーションプログラムを実行し、必要に応じて、ＲＡＭ１３０を作業領域として使用し、さらにＲＯＭ１２０に記憶された種々の固定データを使用しながらデータ処理を行う構成である。
【００３３】
尚、上述のように、本実施例構成では、振幅エンベロープ制御手段８の構成は、図２には図示されていないが、ＣＰＵ１１０によってプログラムメモリ１２１から読み出されたプログラムの実行により、エンベロープメモリ１２３から打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅の読み出しが行われて、算出され、各帯域毎の振幅エンベロープが生成される構成である。又上記全体用振幅エンベロープ生成手段（図示なし）の構成も、ＣＰＵ１１０によってプログラムメモリ１２１から読み出されたプログラムの実行により、音色情報に従って音色データメモリ１２２からその音色に対応する全体用振幅エンベロープのパラメータや係数がエンベロープメモリ１２３から読み出され、該全体用振幅エンベロープが生成される構成である。
【００３４】
上記ＲＯＭ１２０内には、本電子楽器の制御用プログラム及び本発明法による電子楽音発生方法用のアプリケーションプログラムが格納されたプログラムメモリ１２１と、後述するパネル１５０の音色選択スイッチ１５１によって選択される、該音色用の各周波数帯域及び全周波数帯域用に用意された振幅エンベロープのパラメータや係数の情報が音色データの一部として一緒に格納された音色データメモリ１２２と、上記振幅エンベロープのパラメータや係数の情報に基づき選択が可能な打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅が格納されたエンベロープメモリ１２３とが少なくとも備えられ、その他ＣＰＵ１１０が使用する種々の固定データが記憶されている。
【００３５】
上記ＲＡＭ１３０は、本電子楽器におけるステータス情報を記憶したり、ＣＰＵ１１０の作業領域として使用されるものである。尚、本電子楽器を制御するための各種レジスタやフラグ等は、ＲＡＭ１３０に定義されており、このＲＡＭ１３０は、ＣＰＵ１１０により、システムバス１００を介してアクセスされる。
【００３６】
上記鍵盤部１４０は、本電子楽器の鍵盤で構成されており、複数の鍵盤と、これらの押鍵や離鍵に連動して開閉し、押鍵による音高が検出される鍵盤スイッチからなる（図１の音高検出手段１４０ａに相当する）。またこれらの鍵盤には、押鍵時の鍵盤移動方向に設定された２点間スイッチからなる押鍵の際の押鍵速度を関知するタッチセンサ１４１が設けられている。この鍵盤部１４０及びタッチセンサ１４１と上記システムバス１００の間に介在する鍵盤スキャン回路１４２は、鍵盤スイッチの状態を調べ、そのＯＮ／ＯＦＦを示す信号からＯＮ又はＯＦＦ情報とその鍵盤ナンバーを出力すると共に、上記タッチセンサ１４１の検出信号から打鍵強さのデータ［鍵盤タッチの強さ（速さ）を示すタッチデータ］を生成するものである。このＯＮ／ＯＦＦ情報及び鍵盤ナンバー、タッチデータは、押鍵情報として、システムバス１００を介してＣＰＵ１１０に送られる。
【００３７】
上記パネル１５０は、音色選択スイッチ１５１（図１の音色選択手段１５１ａに相当する）、電源スイッチなど各種スイッチやモード選択のためのスイッチなどがタッチパネルで構成されると共に、ボリューム可変器などが設けられている。このパネル１５０とシステムバス１００の間に介在する前記パネルスキャン回路１５２は、上記パネル１５０に設けられた各スイッチやタッチパネルのセット／リセット状態を調べ、ＯＮ状態になっているパネルスイッチデータを検出してＣＰＵ１１０に送出するものである。
【００３８】
上記波形データ読み出し手段５は、上記ＣＰＵ１１０からの指示される読み出しアドレスに従って、波形メモリ４に格納された波形データの読み出しを行う（上記アドレスからの読み出しを行う）構成である。またこの波形データ読み出し手段５の構成は、後述する図８に示す音源ＬＳＩを構成している。
【００３９】
本実施例では、図１に示された波形メモリ４及びフィルタバンク６ａ〜６ｎは、図１の説明でその構成が説明されているため、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
ただし、図２には図示されていない上記振幅エンベロープ制御手段８は、本実施例では、上述のように、ＣＰＵ１１０と、該ＣＰＵ１１０に後述するような各周波数帯域用の振幅エンベロープの算出処理を行わせるプログラムが記憶されたプログラムメモリ１２１、後述するパネル１５０の音色選択スイッチ１５１によって選択される、該音色用の各周波数帯域用に用意された振幅エンベロープのパラメータや係数の情報が音色データの一部として一緒に格納された音色データメモリ１２２（この他に対応する音色用に全周波数帯域用に用意された振幅エンベロープのパラメータや係数の情報も記憶されている）、及び上記振幅エンベロープのパラメータや係数の情報に基づき選択が可能な、打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅が格納されたエンベロープメモリ１２３を内蔵するＲＯＭ１２０とにより構成されている。
【００４１】
ここで振幅エンベロープ制御手段８における振幅エンベロープ生成処理とは、音色データメモリ１２２に音色データの一部として記憶された対応する音色用の各周波数帯域用に用意された振幅エンベロープのパラメータや係数データを読み出すと共に、鍵盤スキャン回路１４２より入力された音高と打鍵強さの情報から、打鍵強さに対応するエンベロープメモリ１２３に記憶された振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅に基づき、各周波数帯域の波形データに付与する、経時的な振幅の制御がなされた振幅エンベロープを算出し［後述の図３（ｂ）（ｃ）参照］、これらの振幅エンベロープを出力する処理である。
【００４２】
尚、上記構成にさらに、原信号を取り込んで加工処理し波形メモリ４に記憶させる図１の波形データ作成部１０を構成するサンプリング構成（図示なし）を備えることで、本発明の音色制御システムを構成するシンセサイザ等として提供することもできる。その場合原信号を加工処理する振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎの構成は、図２におけるＣＰＵ１１０と、該ＣＰＵ１１０にそのような加工処理を行わせるプログラムが記憶されたプログラムメモリ１２１、及び原信号を加工する際の各周波数帯域の振幅エンベロープの伸張情報が記憶されたエンベロープメモリ１２３とにより構成されることになる。
【００４３】
本発明による楽音合成の原理を、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）は原信号の各周波数帯域に対し振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎによって加えられる周波数加工特性を示している。図４（ａ）はその加工処理後波形メモリ４に記憶される波形データの周波数特性を示している。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、強打時及び弱打時の、読み出した波形データの各周波数帯域に対し振幅エンベロープ制御手段８により生成され付与される振幅エンベロープ特性を示しており、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、強打時及び弱打時の、波形データの出力周波数特性を示している。
【００４４】
まず、波形データ作成部１０において、波形メモリ４に記憶する波形データが作成される。
【００４５】
上述のように、フィルタを用いる方式は減算方式なので、倍音を多く含む強打音を録音したものを原信号として使用する。強打音の楽音信号［図４（ｂ）参照］に対し、図３（ａ）の波形データの加工特性に示されるように、時間経過に従って高周波数帯域のレベルが大きくなるように加工する（通常の強打時の波形データとは高周波数帯域の経時的なレベル特性が反対になる）。この特性は、強打音と弱打音の周波数特性の時間変化の差から求められており、強打音の時間変化を弱打音にするような設定となっている（上記図１３の説明参照）。
【００４６】
その結果、図４（ａ）に示すように波形メモリ４に記憶される低次倍音のレベルの時間変化は原信号とほとんど変わらない［図４（ａ）の奥側のレベルは時間の経過と共にほとんど変化していない］が、高次倍音については、上記図４（ａ）のように時間経過に従って（本来減衰すべき）レベルが原信号より大きくなるように加工され波形メモリ４に記憶されるため、図３（ｃ）に示すような弱打時の各周波数帯域における振幅エンベロープ特性が付与された場合、原信号に対して減衰が遅くなり、結果的に図４（ｃ）に示すように弱打の高次倍音の減衰と同等な波形データが作成されることになる。
【００４７】
尚、波形データの加工方法は、上述したように原信号をフィルタバンク１ａ〜１ｎにより複数の周波数帯域に分離し、夫々に対して振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎにより振幅エンベロープの伸張を行って、これらを波形データ合成手段３により加算する。上記波形データ作成部１０では、以上のような加工処理の行われた波形データ［図４（ａ）参照］が、波形メモリ４に記憶される。
【００４８】
次に、以上のようにして加工処理された波形データが、上記波形メモリ４から読み出されて、楽音発生部２０において、楽音が発生せしめられる構成について説明する。
【００４９】
まず、強打の時は、上記振幅エンベロープ制御手段８によって、図３（ｂ）に示すような各周波数帯域における振幅エンベロープが生成され、波形メモリ４から読み出され、各周波数帯域に分けられた波形データに対し、振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各帯域毎にそのような振幅エンベロープが付与される。この特性は、図３（ａ）の波形データ作成時の加工特性と比べた場合、それとは逆特性の振幅エンベロープとなっている。そのため、（波形メモリ４に記憶されている）波形データの加工特性と付与する振幅エンベロープの特性とが相殺され、図４（ｂ）に示すような原信号すなわち強打音が合成されることになる（強打時では高次倍音の減衰が早くなる）。
【００５０】
これを実現するには、各周波数帯域において付与される振幅エンベロープを、波形データ作成部１０の対応する周波数帯域において振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎで伸張された振幅エンベロープの特性と逆特性になるようにする。
【００５１】
一方弱打の時は、同じく振幅エンベロープ制御手段８により、図３（ｃ）に示すような各周波数帯域における振幅エンベロープが生成され、波形メモリ４から読み出され、各周波数帯域に分けられた波形データに対し、振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各帯域毎にそのような振幅エンベロープが付与される。
この特性は、高周波数帯域のレベルが下げられるような振幅エンベロープになっており、時間経過に対して変化しない（経時的な変化はなく一様に高周波数帯域のレベルが下げられるような振幅エンベロープとなっている）。そのため、波形データに対して高次倍音のレベルは一様に小さく、しかも高次倍音の時間変化は加工された波形データの通りになる（弱打時では高次倍音の減衰は低次倍音の減衰との差が少なくなる）ので、図４（ｃ）に示すように、各倍音のレベルだけでなく、高次倍音の減衰をも再現された弱打音が合成されることになる。
【００５２】
これを実現するには、各周波数帯域において付与される振幅エンベロープを、時間経過に対して変化しないようにし、高周波数帯域ほど振幅を小さくする。なお、周波数帯域で分離した帯域毎に音量を変化させて音色を制御することは、従来行われているので、ここでは図示しない。
【００５３】
また、音色選択スイッチ１５１によって選択される音色や鍵盤部１４０で検出される押鍵された音高によっても、上記音色データメモリ１２２から夫々のパラメータが、又エンベロープメモリ１２３から音色用の各周波数帯域用に用意された振幅エンベロープのパラメータや係数の情報に基づき選択が可能な、打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅が読み出されて振幅エンベロープ制御手段８に与えられ、該振幅エンベロープ制御手段８により、各周波数帯域の振幅エンベロープを変更する。これらは、基本的には、波形データ作成部１０で音色や音高に適した加工を行い、それに応じた特性になるようにする。
【００５４】
このように本発明による楽音合成方法が明らかになったところで、波形データ作成部１０における、波形データ合成手段３による波形メモリ４に記憶する波形データの作成方法を、次に説明する。
【００５５】
上述したように図３（ａ）の特性で原信号の周波数特性を時間経過に従って変化させるには、原信号をフィルタバンク１ａ〜１ｎを用いて複数の周波数帯域に分離し、また上記振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎにより各周波数帯域毎（各バンク毎）の時間経過に対するレベルを変化させれば良い。図５に該フィルタバンク１ａ〜１ｎの例を示す。このフィルタバンク１ａ〜１ｎは、可聴帯域を、複数のバンドパスフィルタによって夫々のフィルタ特性に対応した周波数帯域に分割し、原信号に対して夫々の帯域の信号を得る。これらの帯域に応じて、上記振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎにより夫々の帯域の信号の時間経過に対するレベルを変化させる。
【００５６】
図６に、各帯域の時間経過に対するレベルの変化を示す。この特性は、図３（ａ）の特性を、周波数帯域毎に時間方向に求めたものである。低周波数帯域（図面の奥側）は時間経過に対してレベルの変化は無いが、高周波数帯域については周波数が高いほど（図面手前側ほど）時間経過に対してレベルが大きくなるように設定される。
【００５７】
図７は、図６の一部の帯域を取り出して表示したものである。１ｋＨｚでは時間経過に対する変化はほとんど無いが、２ｋＨｚではレベルがだんだん大きくなり、３ｋＨｚ、４ｋＨｚと周波数が大きくなるに従って、レベルの変化も大きくなる。
【００５８】
このようにしてレベルが変更された各帯域の信号が、波形データ合成手段３により全て加算され、これが波形データとして波形メモリ４に記憶される。
【００５９】
次に本実施例に係る電子楽器のシステム構成（楽音発生部２０）のメインルーチンのフローチャートについて説明する。
【００６０】
図８に上記楽音発生部２０を構成する本電子楽器のメインルーチンのフローチャートが示されている。まず電源を入れると、ＣＰＵ１１０、ＲＡＭ１３０、各スキャン回路１４２・１５２及び１６１や、上記波形データ読み出し手段５を含む音源ＬＳＩなどが初期化される（ステップＳ１０１）。その後、パネルイベント処理（ステップＳ１０２）、ペダルイベント処理（ステップＳ１０３）、鍵盤イベント処理（ステップＳ１０４）、その他の処理（ステップＳ１０５）が繰り返される。該パネルイベント処理及び鍵盤イベント処理については後述する。
【００６１】
図９は、図８のステップＳ１０２に示されたパネルイベント処理のフローチャートである。
【００６２】
ここでは、まず、上記音色選択スイッチ１５１（音色選択手段１５１ａ）が押下されているかが判断される（ステップＳ２０１）。押下されている場合（ステップＳ２０１；Ｙ）は、音色選択処理が行われる（ステップＳ２０２）。ここでは、選択されている音色を示すフラグがオンにされ、また選択された音色のスイッチのＬＥＤが点灯することになる。その後、振幅エンベロープ制御手段８に選択した音色情報がセットされる（ステップＳ２０３）。そして、図８のメインルーチンに戻る。
【００６３】
上記音色選択スイッチ１５１が押下されていない場合（ステップＳ２０１；Ｎ）は、次にその他のスイッチが押下されているかが判断される（ステップＳ２０４）。押下されている場合（ステップＳ２０４；Ｙ）は、その他の処理が行われる（ステップＳ２０５）。そして、図８のメインルーチンに戻る。
【００６４】
その他のスイッチが押下されていない場合（ステップＳ２０４；Ｎ）は、何も行わずにメインルーチンに戻る。
【００６５】
図１０は、上記図８のステップＳ１０４における鍵盤イベント処理のフローチャートが示されている。
【００６６】
ここでは、まず鍵盤スキャン回路１４２によりオンイベントすなわち鍵盤部１４０が押鍵されているかが判断される（ステップＳ３０１）。オンイベントの場合（ステップＳ３０１；Ｙ）は、タッチセンサ１４１（打鍵強さ検出手段１４１ａ）によって打鍵強さが検出される（ステップＳ３０２）。続いて音高検出手段１４０ａにより音高が検出される（ステップＳ３０３）。これらの情報は振幅エンベロープ制御手段８に入力される。
【００６７】
次に、ＲＯＭ１２０の音色データメモリ１２２から音色データが読み出され（ステップＳ３０４）、またエンベロープメモリ１２３から打鍵強さに対応する振幅エンベロープスピードのデータ及び周波数帯域毎のスピードの変化幅のデータが読み出される（ステップＳ３０５）。そして、上記振幅エンベロープ制御手段８を構成するＣＰＵ１１０により各周波数帯域に付与すべき振幅エンベロープが算出される（ステップＳ３０６）。この時、図１１に示すように、打鍵強さが強いほど振幅エンベロープスピードが大きくなるようにし、また図１２に示すように、打鍵強さが強い時には周波数帯域が高くなるほど振幅エンベロープのスピード変化幅が大きくなるように（すなわち、高周波帯域ほど減衰スピードが速くなるように振幅エンベロープを生成）する。ここで求められたスピードデータが、振幅エンベロープ制御手段８により、各周波数帯域毎の振幅エンベロープとして算出される。そしてこれらの振幅エンベロープは、後述するように振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各周波数帯域毎の信号に付与されることによって、打鍵強さが強いほど高周波数帯域が減衰する特性を実現することが出来る。
【００６８】
続いてその他のデータが算出される（ステップＳ３０７）。その後、算出されたこれらのデータ（上記振幅エンベロープを含む）が上記振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各周波数帯域毎の信号に付与されて、楽音発生処理が行われる（ステップＳ３０８）。そして、図８のメインルーチンに戻る。
【００６９】
他方上記ステップＳ３０１でオンイベントでない場合（ステップＳ３０１；Ｎ）は、次に鍵盤スキャン回路１４２によりオフイベントであるかが判断される（ステップＳ３０９）。オフイベントの場合（ステップＳ３０９；Ｙ）は、更にペダルスキャン回路１６１によりダンパーペダル１６０がオンであるかが判断される（ステップＳ３１０）。ダンパーペダル１６０がオンの場合（ステップＳ３１０；Ｙ）には、そのままメインルーチンに戻る。ダンパーペダル１６０がオフの場合（ステップＳ３１０；Ｎ）には、リリーススピードが上記波形データ読み出し手段５にロードされて、消音処理する（ステップＳ３１１）。そして、図８のメインルーチンに戻る。
【００７０】
また上記ステップＳ３０９でオフイベントでない場合（ステップＳ３０９；Ｎ）は、何も行わずにメインルーチンに戻る。
【００７１】
以上説明した本実施例に係る構成によれば、波形データ作成部１０における波形データ作成の際に、原信号が、フィルタバンク１ａ〜１ｎにより複数の周波数帯域に分離され、振幅エンベロープ伸張手段２ａ〜２ｎにより、高周波数帯域ほど時間経過と共に振幅が大きくなるように各帯域の振幅エンベロープが伸張せしめられて、これらの加工処理の施された信号が波形データ合成手段３により加算され、波形メモリ４に記憶されることになる。そして、楽音発生部２０における楽音発生の際に、波形メモリ４から上記波形データが波形データ読み出し手段５により読み出され、これがフィルタバンク６ａ〜６ｎにより複数の周波数帯域に分離せしめられ、打鍵強さによって振幅エンベロープ制御手段８により生成された各周波数帯域毎の振幅エンベロープが、振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎによって、各周波数帯域毎の信号に付与され、最終的に波形データ加算手段９により１つの楽音データとして出力されることになる。
【００７２】
その場合上記波形データ作成部１０において波形メモリ４に記憶される波形データの加工特性は、強打音の楽音信号に対し、上記図３（ａ）に示されるように、時間経過に従って高周波数帯域のレベルが大きくなるように加工される、すなわち振幅エンベロープ制御手段８で生成される強打時における各帯域の振幅エンベロープの逆特性となるよう予め高周波数帯域ほど振幅を経時的に伸張せしめるため、低次倍音のレベルの時間変化は原信号と変わらないが、高次倍音については、上記のように時間経過に従ってレベルが大きくなるように加工されることになり、図３（ｃ）に示すような弱打時の各周波数帯域の振幅エンベロープが付与された場合、原信号に対して減衰が遅くなり、結果的に弱打の高次倍音の減衰と同等な波形データが作成されることになる。
【００７３】
従って、上記楽音発生部２０において、このように加工処理された波形データが、上記波形メモリ４から読み出されて、楽音が発生せしめられた場合、強打の時は、上記振幅エンベロープ制御手段８によって、図３（ｂ）に示すような各周波数帯域における振幅エンベロープが生成され、波形メモリ４から読み出され、各周波数帯域に分けられた波形データに対し、振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各帯域毎にそのような振幅エンベロープが付与されるので、該波形データの加工特性と付与する振幅エンベロープの特性とが相殺され、原信号すなわち強打音が合成されることになる（強打時では高次倍音の減衰が早くなる）。
【００７４】
これに対し弱打の時は、同じく振幅エンベロープ制御手段８により、図３（ｃ）に示すような各周波数帯域における振幅エンベロープが生成され、波形メモリ４から読み出され、各周波数帯域に分けられた波形データに対し、振幅エンベロープ付与手段７ａ〜７ｎにより、各帯域毎にそのような振幅エンベロープが付与されるので、波形データに対して高次倍音のレベルは一様に小さく、しかも高次倍音の時間変化は加工された波形データの通りになり（弱打時では高次倍音の減衰は低次倍音の減衰との差が少なくなる）、各倍音のレベルだけでなく、高次倍音の減衰をも再現された弱打音が合成されることになる。
【００７５】
このような構成によって、波形メモリ４を増大させずに、打鍵強さに対して連続的に変化させながら原信号を再現すると共に、打鍵強さに応じた倍音の減衰を再現することが出来るようになる。
【００７６】
尚、本発明の音色制御方法が適用された上記図２に示す電子楽器（電子楽音発生装置）は、上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば図１に示した実施例では、波形データ作成部１０において、フィルタバンク１ａ〜１ｎを用いて原信号を加工しているが、これに限られず、デジタルフィルタの係数を時間経過と共に変更して周波数特性を変更しても良い。この場合は、デジタルフィルタの動作から、各帯域の振幅の時間変化を算出して、これをエンベロープメモリ１２３に記憶する。
【００７７】
また、楽音発生部２０において、上記振幅エンベロープ制御手段８や楽音全体としてのエンベロープを生成する上記全体用振幅エンベロープ生成手段（図示なし）は、ＣＰＵ１１０及びＲＯＭ１２０上のプログラムメモリ１２１・音色データメモリ１２２・エンベロープメモリ１２３が用いられて構成されているが、これらの構成を用いずに、各帯域毎に付与されるべき振幅エンベロープを個別に生成する帯域用エンベロープジェネレータ及び楽音全体としてのエンベロープを生成する全体用エンベロープジェネレータの構成を夫々別の構成として設けて使用しても良い。またこれらのジェネレータを１つの振幅エンベロープジェネレータで兼ねても良い。この場合のシステム構成は、各周波数帯域の振幅エンベロープの計算がやや複雑になるが、エンベロープジェネレータを減らすことができ、回路規模を小さくできる利点がある。
【００７８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜請求項６記載の音色制御方法及び音色制御システムによれば、波形データ作成時における波形データの加工特性について、楽音発生時に生成される強打時における各帯域の振幅エンベロープの逆特性となるよう予め高周波数帯域ほど振幅を経時的に伸張せしめて波形メモリに記憶しておき、該波形データを読み出して楽音を発生せしめる時に、再び複数の帯域に分離して、打鍵強さによって各帯域毎のデータに付与する振幅エンベロープを夫々制御してこれらに付与し、最終的に加算して出力しているため、強打の時は、波形データ作成時の加工特性と逆特性になった各周波数帯域における振幅エンベロープが、波形メモリから読み出されて各周波数帯域に分けられた波形データに夫々付与され、該波形データの加工特性と付与する振幅エンベロープの特性とが相殺され、強打音の原信号が合成されることになると共に、弱打の時は、高周波数帯域のレベルが下げられ、時間経過に対して変化しないような各周波数帯域における振幅エンベロープが、各周波数帯域に分けられた波形データに夫々付与されるので、波形データに対して高次倍音のレベルは一様に小さく、しかも高次倍音の時間変化は加工された波形データの通りになり、すなわち高次倍音の減衰は低次倍音の減衰との差が少なくなり、各倍音のレベルだけでなく、高次倍音の減衰をも再現された弱打音が合成されることになる。
【００７９】
従って波形メモリを増大させずに、打鍵強さに対して連続的に変化させながら原信号を再現すると共に、打鍵強さに応じた倍音の減衰を再現することが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念説明図である。
【図２】楽音発生部２０の構成を有する電子楽器のシステム構成を示す説明図である。
【図３】本発明による楽音合成の方法の説明図である。
【図４】波形メモリに記憶される波形データ特性と本発明による振幅エンベロープ処理により強打時及び弱打時に出力される合成音の周波数特性を示す説明図である。
【図５】フィルタバンク１ａ〜１ｎを用いて各バンクの時間経過に対するレベルを変化させ、図３（ａ）に示すような特性で原信号の周波数特性を時間経過に従って変化させた例を示す説明図である。
【図６】各帯域の時間経過に対するレベルの変化を示す説明図である。
【図７】図６の一部の帯域を取り出して表示したグラフである。
【図８】楽音発生部２０を構成する本電子楽器のメインルーチンのフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ１０２に示されたパネルイベント処理のフローチャートである。
【図１０】図８のステップＳ１０４における鍵盤イベント処理のフローチャートである。
【図１１】打鍵強さに対する振幅エンベロープスピードの関係を示すグラフである。
【図１２】各周波数帯域における振幅エンベロープスピードの変化幅の関係を示すグラフである。
【図１３】強打及び弱打におけるピアノＣ３の２倍音と７倍音のレベルの時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｎ  フィルタバンク
２ａ〜２ｎ  振幅エンベロープ伸張手段
３          波形データ合成手段
４          波形メモリ
５          波形データ読み出し手段
６ａ〜６ｎ  フィルタバンク
７ａ〜７ｎ  振幅エンベロープ付与手段
８          振幅エンベロープ制御手段
９          波形データ加算手段
１０          波形データ作成部
２０          楽音発生部
１００          システムバス
１１０          ＣＰＵ
１２０          ＲＯＭ
１２１          プログラムメモリ
１２２          音色データメモリ
１２３          エンベロープメモリ
１３０          ＲＡＭ
１４０          鍵盤部
１４０ａ        音高検出手段
１４１          タッチセンサ
１４１ａ        打鍵強さ検出手段
１４２          鍵盤スキャン回路
１５０          パネル
１５１          音色選択スイッチ
１５１ａ        音色選択手段
１５２          パネルスキャン回路
１６０          ダンパーペダル
１６１          ペダルスキャン回路
１７０          ＭＩＤＩインターフェース
１８０          全体用エンベロープ付与手段
１８１          Ｄ／Ａ変換回路
１８２          サウンドシステム
【図１】
2004309812.tif 000003
【図２】
2004309812.tif 000004
【図３】
2004309812.tif 000005
【図４】
2004309812.tif 000006
【図５】
2004309812.tif 000007
【図６】
2004309812.tif 000008
【図７】
2004309812.tif 000009
【図８】
2004309812.tif 000010
【図９】
2004309812.tif 000011
【図１０】
2004309812.tif 000012
【図１１】
2004309812.tif 000013
【図１２】
2004309812.tif 000014
【図１３】
2004309812.tif 000015