JP4045566B2

JP4045566B2 - 変調効果装置および電子楽器

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Publication number: JP4045566B2
Application number: JP2001286122A
Authority: JP
Inventors: 永▲徳▼紀男
Original assignee: 永▲徳▼ 紀男
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003099051A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、なめらかな超低周波のランダム波形を発生する変調効果装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ミュージック・シンセサイザーをはじめ電子オルガンなどの電子楽器はデジタル化が進み透明感のあるものとなっている。このためこれらの楽器で演奏した音楽は不自然さを拭えない。そこでミュージック・シンセサイザーや電子オルガンにおいても、人工的な雰囲気、いわゆる電気臭さを抜けだし自然な音にしようと様々な方法が試みられている。そこで、電子楽器から発せられる人工的な楽音信号にビブラート効果、トレモロ効果、グロール効果などを持たせて、自然な楽音にすることが望まれている。
【０００３】
特開平９−３３００８１号には、ミュージック・シンセサイザーや電子オルガンなどの音色系列対応のビブラート効果を実現するためにLFOの記憶装置として発音チャンネルに割り当てられている音色を特定する情報を知りランダムアクセスメモリの音色情報に基づく所定のアドレス位置の効果情報を読み出し、その効果情報に基づいて、そのチャネルの楽音に効果を付与するものである。
【０００４】
特開平８−１４６９５４号において、電子楽器の変調効果装置は，変調信号の周期を任意に設定した分割比率でもって複数の区間に分割し、この分割された各区間において任意の波形形状を持たせて変調信号を生成する。これにより変調信号の波形形状が単調でなくなるので変化に富んだ効果を楽音に付与することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、楽音にビブラート効果などの効果を付与するための変調信号としては、正弦波、鋸歯状波、三角波などの単調な形状の超低周波の波形が用いられていた。従って、ある長い時間内においては、いずれも周期的な繰り返しとなり自然な楽音とは言い切れなかった。
【０００６】
特にミュージック・シンセサイザーのVCO(電圧制御型発振器)をLFO(超低周波発振器)で変調するビブラート効果、VCF(電圧制御型フィルタ)をLFOで変調するグロール効果、VCA(電圧制御型増幅器)をLFOで変調すればトレモロ効果が得られた。しかしながら、これらは何れも規則正しく一定の周期で周波数と振幅が繰り返される発振器の波形を使用するため単調な楽音となり不自然であった。そこで、このLFOの波形をさらに変調し複雑化したものなどが検討されたが，LFOを使用しているため周期性を持っており基本的には単調であった。
【０００７】
本発明は、これらの問題点を解決し、楽音信号にビブラート効果、トレモロ効果、グロール効果などを持たせて、自然な楽音にする変調効果装置ならびに電子楽器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、つぎに述べる発明を完成するに至った。すなわち、本発明の変調効果装置は、雑音発生器、帯域通過フィルタ、変調器、低域通過フィルタおよび可聴周波信号発生器から構成される。その可聴周波信号発生器は、周期性のある可聴周波を発生するものである。ここでいう変調器は、平衡変調器又は、リング変調器である。該超低周波は、可聴周波以下の周波数であって０．０１〜５０Hzのものである。本発明でいう雑音は、白色雑音、有色雑音および不規則雑音をいう。この帯域通過フィルタは、可聴周波の雑音を通過できるものであればよい。そこで、帯域通過フィルタの伝送特性Qを変化すると得られる出力の超低周波の波形を制御することができる。従って、Qが小さいと波形が複雑になり、またQを大きくすると正弦波に近づき単調な波形となる。さらに、低域通過フィルタは、可聴周波信号と可聴周波雑音信号の周波数の差の周波数成分のみを通過するものであればよい。
【０００９】
本発明の超低周波のランダム波形を発生する方法は、つぎの通りである。先ず、雑音を発生させ、帯域通過フィルタに入力し、通過させた可聴周波雑音である第１の出力信号を取り出し、平衡変調器又は、リング変調器の二つの入力の一方へ加える。前記の変調器のもう一方の入力へ可聴周波信号発生器の第２の出力信号である可聴周波信号を入力すると、該変調器の出力からは第１の出力信号と第２の出力信号の周波数の和及び差の周波数成分を有する信号が含まれた出力波形が得られる。さらに得られた出力波形を低域通過フィルタに加え、周波数の和の成分を除去し、周波数の差の周波数成分のみを取り出す。これにより出力から超低周波のランダムな波形が得られる。本発明は、該変調効果装置によって得られた超低周波のランダムでなめらかな波形を用いて電子楽器などのエフェクタを変調することにより楽音に、ランダムな“ゆらぎ”を付与する変調効果装置である。
【００１０】
該変調効果装置を電子楽器に組み込むことにより、ランダムでなめらかな波形で変調した楽音は、周期的な繰り返しが無く、“ゆらぎ”が生成され、自然な感じのものとなる。すなわち、電子楽器から発生する楽音にビブラート効果、トレモロ効果、グロール効果などを付与することができて透明感と自然さのある音楽として心を癒してくれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に記述するが，これに限定されるものでない。上述の変調効果装置により雑音を発生させ、これを帯域通過フィルタに加え、その第１の出力信号を平衡変調器又はリング変調器が持つ二個の入力端子Xの一方へ加える。もう一方の変調器の入力端子Yには、可聴周波信号の第２の出力信号を加え、その変調器の出力端子Zからは第１の出力信号と第２の出力信号である二つの入力信号の周波数の和及び差の周波数成分を有する信号が現れるので、これらを低域通過フィルタに加え両信号の周波数の和の周波数成分を除去し該両信号の周波数の差の周波数成分のみを取り出す。この得られた周波数の差の周波数成分からランダムでなめらかな超低周波信号が得られる。
【００１２】
本発明の変調効果装置は、ミュージック・シンセサイザー、電子オルガンなどのビブラート、トレモロ、グロールなどを発生させるエフェクタに用いられていた超低周波の発振器に置き換えて使用し、自然な感じの音を得るための変調効果装置として用いる。このような方法で発生させたランダムでなめらかな波形は、周期的な繰り返しが無く、電子楽器から発生する音に“ゆらぎ”が生成され、自然な感じの楽音が得られる。
【００１３】
つぎに、リング変調器によるランダム波形発生とその周波数制御及び振幅制御の方法について説明するための変調効果装置のブロックダイヤグラムを図１に示す。図１は、変調器としてリング変調器(Ring Modulator, RM)を用いた場合である。先ず、雑音発生器 NG で雑音(白色雑音或いは有色雑音)を発生させ、これを中心周波数の一定な可聴周波の帯域通過フィルタ(BandPass Filter, BPF)を通過させた可聴周波雑音の第１の出力信号であるFxを抽出し、RMの入力端子Xに加える。もう一方の入力端子Yには、周波数と振幅が可変できる可聴周波信号発生器からの第２の出力信号である正弦波または三角波の信号であるFyを加える。このときのRMの出力端子Ｚから(Fx±Fy)である第１の出力信号と第２の出力信号の周波数の和及び差の周波数成分を有している信号が現れる。
【００１４】
ここで前述のRMの出力からFx と Fyとの周波数差の絶対値の周波数成分(|Fx − Fy|)を算出し、それが超低周波の信号であるようにFxとFyの両周波数の差を接近させて設定する。このRMの出力は、同時にFx と Fyの周波数の和(Fx＋Fy)も同時に含まれている。そこでLFOとしては、周波数の和の周波数成分は不要なため除去し、同時にFx と Fy 周波数の絶対値の差である (|Fx − Fy|)信号のみが通過できるように低域通過フィルタ(Low Pass Filter, LPF)を、図１に示すようにRMの出力端子Zの後に設ける。このようにしてLPFの出力から周波数の差の絶対値である周波数成分(|Fx − Fy|)を取り出している。こうすることでBPFを通過した可聴周波雑音の周波数成分であるFxと正弦波信号または三角波などの周波数成分であるFyは、RMの出力から周波数の和及び差の周波数成分である(Fx±Fy)が現れ、これをLPFに加えると出力として周波数の絶対値の差である周波数成分(|Fx − Fy|)の超低周波のランダムでなめらかな波形が取り出せる。この波形を用いて楽音を変調する。
【００１５】
このときFyの周波数を変化すれば、LPFの出力から周波数の差の絶対値の周波数成分であるランダムでなめらかな超低周波信号を制御することが可能となる。さらに、RM の入力端子Yの正弦波の出力電圧を変化すればランダム信号の振幅を制御することが可能となる。
【００１６】
変調効果装置の出力制御特性図を図２に示す。この図2aのグラフは、入力と出力の振幅制御についてFxとFyにそれぞれ正弦波を用いた場合である。図2aは図1に示すRMの入力端子Yに正弦波Fy(210Hz)を入力し、もう一方の入力端子XにもFx(200Hz)を入力したとき、出力端子Zの出力から(Fx±Fy)が得られる。このとき入力端子Xの電圧の変化に対する出力端子Zの出力の周波数の和及び差の周波数成分を低域通過フィルタLPFを通過させると Fx と Fy との周波数差の絶対値である周波数成分 (|Fx − Fy|) から得られたLFOoutput(10Hz)との関係を示している。これは、入力端子Xの電圧で、得られた超低周波信号LFOoutputの振幅を制御できることを意味する。
【００１７】
同様に図2bのグラフは、入力と出力の振幅制御についてFxとFyに、それぞれ正弦波を用いた場合に制御する信号を入れ替えたグラフである。図2bは図1に示すRMの入力端子Xに正弦波Fx(200Hz)を入力し、もう一方の入力端子Yにも正弦波Fy(210Hz)を入力したとき、出力端子Zの出力から周波数の和及び差の周波数成分(Fx±Fy)が得られる。このとき入力端子Yの電圧の変化に対する出力端子Zの出力を低域通過フィルタLPFを通過させ周波数差の絶対値である周波数成分 (|Fx − Fy|)から得られたLFOoutput(10Hz)との関係を示している。これは、入力端子Yの電圧で、得られた超低周波信号LFOoutputの振幅を制御できることを意味する。
【００１８】
図3aは図1のRMの入力端子Xには、雑音発生器NGの出力をBPF(中心周波数fc=200Hz Q=20)に通した出力を加え、もう一方の入力端子YへはFy(210Hz)の正弦波を加えたとき、出力端子Zの出力波形(Fx±Fy)を、スぺクトラムアナライザを用いて周波数分析したものである。このときの周波数の和である(Fx＋Fy)の周波数成分は410Hzを中心に分布している。また、 Fx と Fy との周波数差の絶対値である(|Fx−Fy|)の周波数成分は10Hzを中心に分布している。この RM に入力したFxとFyの周波数の間隔を接近すれば得られる超低周波信号の周波数の差は極めて小さくすることができる。そこで出力端子Zの出力波形(Fx±Fy)は低域フィルタLPFを通過させれば，図3bのような両信号との周波数差の絶対値である (|Fx − Fy|)の周波数成分は10Hzを中心に分布したランダムなスペクトルとなる。
【００１９】
【実施例】
本発明の具体的な実施例を記述する。
【００２０】
【実施例１】
次の図4aの波形は、図１の雑音発生器NGから白色雑音を出力し、BPFの中心周波数を200Hzとしたとき現れた波形のFx(Noise BPF Q=20)を変調器RMの入力端子Xに加えた波形が(a)である。もう一方の可聴周波信号発生器からFy(Sin wave, f=180Hz, 5VP-P)をRMの入力端子Yに加えた波形が(b)である。次は、RMの出力端子ZからFx と Fy との両信号の周波数の和及び差の周波数成分である(Fx±Fy)が現れた波形を(c)に示している。この Z の出力信号から低域通過フィルタによって不要な周波数の和の周波数成分 (Fx ＋ Fy) を除去し、 Fx と Fy との周波数差の絶対値の周波数成分は (|Fx − Fy|) としてランダムでなめらかな波形 (d) が得られた。
【００２１】
【実施例２】
次にFxとFyの周波数を次のように変えた場合の実施例を図4bに示す。雑音発生器NGから白色雑音を出力し、BPFの中心周波数を1,000Hzとしたとき現れた波形のFx(Noise BPF Q=30)を変調器RMの入力端子Xに加えた波形が(a)である。もう一方の入力端子Yに可聴周波信号発生器 Fyの出力波形(Sinwave 980Hz 2VP-P)を RM の入力端子 Y に加えた波形が(b)である。次は、 RM の出力端子 Z から Fx と Fy の両信号の和及び差の周波数成分である (Fx ± Fy) が現れた波形を(c)に示している。このZ の出力信号から低域通過フィルタによって不要な周波数の和の周波数成分 (Fx ＋ Fy) を除去し、 Fx と Fy との周波数差の絶対値の周波数成分は (|Fx − Fy|) としてランダムでなめらかな波形(d)が得られた。
【００２２】
【実施例３】
さらにFxとFyの周波数を次のように変えた場合の実施例を図4cに示す。雑音発生器NGから白色雑音を出力し、BPFの中心周波数を1,500Hzとしたとき現れた波形のFx(Noise BPF Q=30)を変調器RMの入力端子Xに加えた波形が(a)である。もう一方の入力端子Ｙに可聴周波信号発生器 Fyの出力波形(Sinwave 1,480Hz 2VP-P)は(b)となる。この Z の出力信号から Fx と Fy との周波数の和及び差の周波数成分が得られ、低域通過フィルタに加え不要な周波数の和の周波数成分 (Fx ＋ Fy) を除去し、周波数差の絶対値の周波数成分は (|Fx − Fy|) として、ランダムでなめらかな波形(d)が得られた。
本方式のランダム波形は図４a、図４b、図４cに示すように、ランダムで滑らかな波形が得られる特徴を持ち電子楽器などの変調に最適である。
【００２３】
【実施例４】
図５は基本的なミュージック・シンセサイザーのブロックダイヤグラムを示す。本発明の超低周波ランダム波形発生器をこのLFOの超低周波発振器に置き換えることでVCOの振動数、VCFの遮断周波数、VCAの振幅もランダムに変調され自然なビブラート効果、グロール効果、トレモロ効果を持った“ゆらぎ”のある合成音が得られる。該変調効果装置から得られた超低周波のランダム信号はミュージック・シンセサイザーや電子オルガンなどの楽音信号の波形、周波数さらに振幅をもランダムでなめらかな制御ができ自然な“ゆらぎ”を付与することができる。
【００２４】
【比較例１】
図の鍵盤を操作することで鍵盤制御電圧(Keyboardcontrol voltage, KCV)が出力されVCOに加えられる。VCOから倍音を多量に含んだ波形を出力し、これをVCFに加えて合成しようとする音色の倍音構成となるように、このフィルタの遮断周波数を調整する。得られた倍音をVCAに加え合成しようとする音の振幅変化を作り出す。鍵盤からのKCVと同時に鍵盤のON、OFFを示すGATE信号が出力されエンベロープ発生器のADSRを調整し立ち上がり、減衰、保持量、余韻などのエンベロープを作り出している。これをVCFに加え遮断周波数を制御し音色の変化を作り出す。また、VCAに加え振幅の変化を制御している。このときVCOは振動数、VCFは音色、VCAは振幅を変化することで音の三要素が作られる。しかし、このままでは人工的ないわゆる電気臭さがあり不自然な音であった。
【００２５】
【比較例２】
そこで図中のLFOはVCOの制御端子に加えられ超低周波で振動数を変調してビブラート効果を得ている。次にLFOはVCFの制御端子に加えられ超低周波で遮断周波数を変調してグロール効果を得ている。また、LFOはVCAの制御端子にも加えられ超低周波で振幅を変調してトレモロ効果を得ている。それでもこのLFOの波形は周期的に振幅、波形が規則正しく繰り返しているため合成された音は単調で不自然さは拭えなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載されるような効果を発揮する。本発明の変調効果装置を用いることにより、全く周期性のない変調波形を得ることができる。さらに、周波数および振幅を任意に制御したり、設定したりできる。また、この変調波形により電子楽器の楽音を変調すると、電子楽器の楽音にビブラート効果、トレモロ効果、グロール効果などを持たせて、自然な楽音にすることができる。この変調波形は可聴周波数以下の超低周波に設定することにより、楽音は、濁りを持たず、心地よさが深まる。
【００２７】
本発明の変調効果装置を電子楽器に組み込むことにより、ランダムでなめらかな波形で変調した楽音は、周期的な繰り返しが無く、“ゆらぎ”が生成され、自然な感じのものとなり、電子楽器から発生する楽音にビブラート効果、トレモロ効果、グロール効果などを付与することができて透明感と自然さのある音楽として心を癒してくれる。このようにミュージック・シンセサイザーや電子オルガンにおいても、人工的な雰囲気、いわゆる電気臭さを抜けだし自然な楽音の電子楽器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】変調効果装置のブロックダイヤグラムである。
【図２】変調効果装置の出力制御特性図である。
図２aは、RMのX 端子の入力に正弦波 Fx=200Hz を加え、もう一方の Y 端子の入力にも正弦波Fy=210Hzを加えたとき、X 端子の信号 Fx である正弦波の振幅によって制御電圧(Controlvoltage, CV)を可変したときの中心周波数|Fx−Fy|=10Hzの超低周波出力電圧LFOoutlput を示している。図２bは、RMのX 端子の入力に正弦波Fx=200Hz加え、Y 端子の入力にも正弦波Fy=210Hzを加えたときFy の正弦波の振幅によって制御電圧(Controlvoltage, CV)を可変したときの中心周波数|Fx−Fy|=10Hzの超低周波出力電圧LFOoutlputを示している。
【図３】変調器の出力端子Ｚから得られた周波数スペクトラムを示す図である。
図３aは、RMの各入力にBPFから抽出のランダムノイズFx=200Hz、正弦波 Fy=210Hzを加えたときの出力端子Ｚの出力波形はFx ＋ Fy=410Hz の周波数成分及び中心周波数|Fx−Fy|=10Hzの周波数成分の周波数スペクトラムを示す。
図３bは、図３aの周波数スペクトル成分を低域通過フィルタにより得られた周波数差の絶対値である周波数成分|Fx−Fy|=10Hzを中心とするの周波数スぺクトラムを示す。
【図４】雑音発生器NGの出力を BPF に入力して得られた波形からランダムでなめらか
な超低周波までの波形図を示している。
図４aは、実施例１の波形を示す。
(a) NoiseからBPFより抽出した可聴周波数ノイズ(Fx=中心周波数200Hz)
(b) 正弦波(Fy=180Hz)
(c) RMの出力波形Fx±Fy
(d) cの出力からLPFによって周波数の差の周波数成分を分離した超低周波ラ
ンダムノイズ波形(|Fx−Fy|=20Hzの中心周波数)
図４bは、実施例２の波形を示す。
(a) NoiseからBPFより抽出した可聴周波数ノイズ(Fx=中心周波数1,000Hz)
(b) 正弦波(Fy=980Hz)
(c) RMの出力波形Fx±Fy
(d) cの出力からLPFによって周波数差の周波数成分を分離した超低周波ラン
ダムノイズ波形(|Fx−Fy|=20Hzの中心周波数)
図４cは、実施例３の波形を示す。
(a) NoiseからBPFより抽出した可聴周波数ノイズ(Fx=中心周波数1,500Hz)
(b) 正弦波(Fy=1,480Hz)
(c) RMの出力波形Fx±Fy
(d) cの出力からLPFによって周波数の差の周波数成分を分離したら超低周波
ランダムノイズ波形(|Fx−Fy|=20Hzの中心周波数)
【図５】ミュージック・シンセサイザーの基本的なブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
NG; 白色雑音あるいは有色雑音発生器
BPF; 帯域通過フィルタ(中心周波数fcが一定の可聴周波濾波器)
fc ; BPF の中心周波数
Fx;RM の X 端子の入力周波数又は、第１の出力信号の周波数
Fy;可聴周波信号発生器の周波数 ( 第２の出力信号の周波数と同じ )
RM; 平衡変調器又はリング変調器
X, Y; RMの入力端子
Z; RMの出力端子
Fx±Fy;RMの出力信号
LPF; 低域通過フィルタ
|Fx−Fy|;LPFにより得られた周波数の差の絶対値の周波数成分
VCO; 電圧制御形発振器
VCF; 電圧制御形フィルタ
VCA; 電圧制御形増幅器
ADSR; 立ち上がり、減衰、保持量、余韻(エンベロープ発生器)
LFO; 超低周波発振器
KCV; 鍵盤制御電圧
GATE; ゲート信号(鍵盤のON、OFFを示す)
Vibrato; ビブラート(超低周波による楽音の周波数変調)
Growl; グロール(超低周波によるフィルタの遮断周波数付近の倍音の変調)
Tremolo;トレモロ(超低周波による楽音振幅変調)

Claims

雑音発生器の出力信号を帯域通過フィルタに加え、その得られた第１の出力信号及び、可聴周波信号発生器の第２の出力信号とを平衡変調器又はリング変調器に加える手段と
該平衡変調器又はリング変調器から得られた第１の出力信号の周波数と第２の出力信号の周波数の和及び差の周波数を成分として有する信号を低域通過フィルタに加える手段からなる変調効果装置。
平衡変調器又はリング変調器の二個の入力端子の一方に可聴周波の帯域通過フィルタの入力へ雑音を入力し、通過させたランダムな可聴周波信号を加え、もう一方の入力端子に可聴周波信号を加えることにより、前記の変調器の出力端子に両信号の周波数の和及び差の周波数を成分として有する信号を得て、該得られた信号を低域通過フィルタに入力し通過させて、周波数の差の周波数成分のみのなめらかな超低周波のランダム変調波形を発生する方法。
請求項１に記載された変調効果装置を組み込むことからなる電子楽器。