JPH07101349B2

JPH07101349B2 - エンベロ−プ抽出装置

Info

Publication number: JPH07101349B2
Application number: JP61184941A
Authority: JP
Inventors: 博之佐々木
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPS6278597A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、入力波形信号から、それのもつエンベロー
プ信号を抽出するようにしたエンベロープ抽出装置に関
する。

〔発明の背景〕

従来より、自然音を模倣して、種々の音響を生成するこ
とが研究されている。この種の研究にあつて、自然音
は、時間とともにその音量等のエンベロープの変化があ
ることは古くあら認められているところであり、これを
抽出し、よりリアルな音響を得るためのパラメータとす
ることが可能であることが理解されている。しかしなが
ら、具体的にその解決手法をまだ見出していないのが現
状である。

また、近年サンプリングマシーンあるいはサンプラー等
と称される外部から音響信号を入力して、これをデジタ
ル記録し、この記録された波形信号を音源信号として読
出し、各音階音信号として出力するサンプリング機能を
有する電子楽器が種々開発されている。

この種の電子楽器にあつては、一般に音響信号をそのま
まサンプリングし、デジタル信号に変換して記録するも
のであつて、入力波形信号が特有のエンベロープをもつ
ていることから、音階音信号として、予めデジタル記録
した波形信号を所定の速度で読出し、アナログ信号に変
換した後電圧制御型増幅器（VCA）等でエンベロープを
付加した場合にも、本来もつているエンベロープと後か
ら付加したエンベロープとの重ねあわせたものとなり、
十分なエンベロープ制御を行うことは困難であつた。

また、上述のような波形信号のうち特定の区間を繰返し
て読出し持続音等を発生しようとしたときも、その波形
信号に例えば減衰形のエンベロープが本来かかつていた
ときは、波形のつなぎ目でレベル差が顕著として現わ
れ、クリツク音等のノイズが出力することになるという
欠点があり、かかるループ機能を実施しようとしたとき
は、短い区間でしか行えないという問題があつた。

従つて、この種のサンプリング機能を有する電子楽器に
あつても、もととなる入力波形信号のもつエンベロープ
信号を抽出し、それを入力波形信号から除去する必要性
があつた。

このように、入力波形信号から、それのもつエンベロー
プ信号を抽出する必要性が感じられ、種々の具体的構成
が提案された。例えば、入力されるアナログ波形信号の
ピーク値をホールドし、このホールドされたピーク値の
信号を積分回路を介してエンベロープ信号として出力す
る方式が提案されているが、対象となる波形がアナログ
波形信号に限られること、及び積分回路の時定数の影響
を受けて忠実なエンベロープ信号を抽出することができ
ない等、種々の問題があつた。

〔発明の目的〕

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
デジタル形式の波形信号からよりその波形信号に忠実な
エンベロープ信号を抽出できるエンベロープ抽出装置を
提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は上記目的を達成するために、入力波形信号を
デジタル記憶する波形記憶手段と、この波形記憶手段に
記憶された波形信号を複数のブロックに分割する分割手
段と、この分割手段により複数のブロックに分割された
波形信号から各ブロック毎に当該ブロック内で波形信号
の絶対値が最大値をとるアドレスと該最大値を検出し、
各ブロック毎に検出された波形信号の絶対値が最大値を
とるアドレスと該最大値とから、上記各ブロック毎の最
大値をデジタル演算処理により補間して上記エンベロー
プ信号を算出するエンベロープ信号算出手段と、を具備
したことを要点とする。

〔発明の構成〕

この発明を、上述したサンプリング機能を有する電子楽
器に適用した場合の構成を第１図を参照して説明する。

即ち、符号１は波形信号を記憶する波形記憶手段であ
り、予め外部から波形信号を入力設定することができ
る。

そして、この波形記憶手段１に記憶されている波形信号
を、そのアドレスの所定幅をブロツクとして、各ブロツ
ク毎にブロツク読出手段２にて読出す。

このブロツク読出手段２にて読出された波形信号は、最
大絶対値検出手段３に供給され、そのブロックにおいて
絶対値が算大値をとるアドレスと当該最大値を検出し、
最大値・アドレス記憶手段４に与える。従つて、最大値
・アドレス記憶手段４には、全ブロツクの最大値とその
最大値をとるアドレスとが順番に記憶されることにな
る。

そして、この最大値・アドレス記憶手段４の出力は、波
形記憶手段１から波形読出手段５によつて読出される波
形のサンプル値とともに補間エンベロープ値算出手段に
供給され、補間エンベロープ値を計算し、エンベロープ
正規化手段７に与える。

エンベロープ正規化手段７は、上記波形読出手段５から
供給されるサンプル値と、補間エンベロープ値算出手段
６から供給される補間エンベロープ値とから、波形信号
が本来もつていうエンベロープを除去すべく所定の演算
を行つて正規化したサンプル値を得る。

そして、このサンプル値は、波形書込手段８に送出さ
れ、再び波形記憶手段１に供給され、記憶内容が書替え
られるようになる。

このようにして、エンベロープをもつた波形信号が、補
間エンベロープ値算出手段６により算出される補間エン
ベロープ値に従つて、そのエンベロープを除去して略一
定の値をもつエンベロープの波形信号により変換され
る。即ち、これら一連の処理によつて正規化した波形信
号が得られることになる。

この発明は、以下に詳述する実施例により、具体的にそ
の構成ならびに特徴が理解されよう。

〔実施例〕

以下に、本発明をマイクロプロセツサ等のCPUを用いて
構成した一実施例につき詳述する。

第２図はその回路構成を示し、マイクロフオン11を介し
て入力する音響信号は、波形入力回路12により適当なサ
ンプリング周波数でサンプリングされ、デジタル信号に
変換されてCPU13に供給される。

CPU13は、この入力波形信号を波形メモリリード／ライ
ト回路14に送り、最終的に波形メモリ15に記憶させる。
従つて、この波形メモリ15には、入力音のエンベロープ
をもつ波形信号がデジタル記憶されることになる。

また、CPU13は、この波形メモリ15に記憶された波形信
号を正規化してエンベロープを除去する処理を行う。そ
の際使用するワーキングレジスタ16として、アドレスレ
ジスタ（adレジスタ）、dtレジスタ、ブロツクレジスタ
（blレジスタ）、evレジスタ、madj/mdtjレジスタ等が
ある。これらのレジスタには、後述するようなデータや
アドレスが記憶される。

また、このCPU13は、キーボード17と接続されており、
キーボード17のキー操作に基づきCPU13は各種処理を行
うほか、このキーボード17に設けられている演奏鍵の操
作に従つて、波形メモリ15から各音階に対応する所定の
速度で正規化された波形信号を読出すように、波形メモ
リリード／ライト回路14を制御する。

そして、この波形メモリ15から読出されたデイジタル信
号は、波形メモリリード／ライト回路14を介してD/A変
換器18に供給されて、アナログ信号に変換されて、電圧
制御型増幅器（VCA）19に印加される。

このVCA19には、CPU13がソフト処理によつて算出出力す
るエンベロープ信号がD/A変換器20によつてアナログ信
号に変換された後供給されて、増幅率が決定され、その
結果、VCA19からは、CPU13にて指定されるエンベロープ
をもつ波形信号が出力することになり、このVCA19の出
力は、サウンドシステム21により音響出力に変換され
る。

次に、第３図のフローチャートを参照して、本実施例の
動作を説明する。先ずこの一連の処理は、ブロツクの中
のサンプル値の絶対値が最大値をとるアドレスと、その
最大値を求めるルーチンＡと、このルーチンＡの結果か
ら波形メモリ15の記憶内容を正規化するルーチンＢとか
らなる。

そして、先ずルーチンＡの中のステツプA1では、ワーキ
ングレジスタ16内のブロツクレジスタ（blレジスタ）を
イニシヤライズする。即ち、先頭ブロツクを指定するよ
うに１を設定する。なお、このブロツクとは、波形メモ
リ15を所定のアドレス幅BSで区切つたときのエリアの夫
々を言う。

次に、ステツプA2においてアドレスレジスタ（adレジス
タ）を初期化する。即ち、adレジスタの内容を、波形メ
モリ15の先頭アドレスを指定するデータとする。そし
て、ステツプA3に進み、ステツプA3において、サンプル
値の絶対値をとつた値のうちの、最大値をとるアドレス
と、その最大値を記憶するレジスタ（madj/mdtjレジス
タ）の内容をイニシヤルセツトする。

即ち、波形メモリ15の先頭ブロツクをｊ＝１とし、最終
ブロツクをｊ＝Ｎとしたとき、上記madj/mdtjレジスタ
の内容をｊ＝１〜Ｎの範囲でゼロにセツトすると共に、
先頭ブロツクｊ＝１より１つ前の仮想ブロツクｊ＝０の
mado/mdtoレジスタの内容を、アドレスを波形メモリ15
の先頭アドレスより各ブロツクの幅（ブロツクサイズB
S）を引いた値にセツトし、最大値をゼロとする同様
に、最終ブロツクｊ＝Ｎよりひとつ後の仮想ブロツクｊ
＝Ｎ＋１のmad_N+1/mdt_N+1レジスタの内容のうち、アド
レスを波形メモリ15の最終アドレスよりブロツクサイズ
BSを加えた値にセツトし、その最大値をゼロとする。

そして、以上の一連の初期設定処理に設けて、ステツプ
A4以降の処理にて、各ブロツクの最大値を検出する。先
ずステツプA4では、adレジスタの内容で指定される波形
メモリ15のサンプル値を読出し、絶対値をとる。

そして、次のステツプA5にて、その絶対値が既に記録さ
れている現在ブロツクの最大値mad_blより大きいか否か
検出し、もしYESの場合は、ステツプA6に進み、madj/md
tjレジスタの値を書き替える。

そして、ステツプA7に進む。またステツプA5にてNOの判
断がなされたときもステツプA5に続けてステツプA7に進
む。ステツプA7では、adレジスタの値をインクリメント
する。

そして、ステツプA8において、adレジスタの値が当該ブ
ロツクの最終アドレスであるかジヤツジし（即ちadレジ
スタの値が、b1×BSの値に一致するか否か判断す
る。）、もしNOであれば再ステツプA4にリターンし、続
けてステツプA4〜A8の処理を実行する。このようにし
て、そのブロツクの最大値とそのアドレスとが求まる。

第４図は、各ブロツクのサンプルアドレスとその最大値
との関係を示しており、図示のような値がmadj/matjレ
ジスタ（ｊ＝bl）に記憶されることになる。なお、図中
点線で示した波形は、上述したように各サンプル値の絶
対値をとることにより、負の値をとるサンプル点が、正
の値をとるよう書き直して得たものである。

そして、当該ブロツクの処理が終了すれば、ステツプA8
でYESの判断をして、次のステツプA9に移る。ステツプA
9では、blレジスタの値をインクリメントする。次のス
テツプA10では、そのブロツクが最後のブロツク（ｊ＝
Ｎ）か否か判断し、YESならばメイフローへリターンしN
Oならば、ステツプA4にもどり、次のブロツクに対する
処理を開始する。

このようにして、各ブロツク（ｊ＝１〜Ｎ）のサンプル
値の絶対値が最大値をとるアドレスと、その最大値とが
madj/matjレジスタに記憶設定される。

そして、次に、ルーチンＢの波形メモリ15の正規化の処
理を実行する。

先ずステツプB1において、ワーキングレジスタ16の中の
adレジスタの内容を波形メモリ15の先頭アドレスを指定
するアドレスに制定する。またblレジスタの内容を先頭
アドレスを指定する１の値に設定する。

次に、ステツプB2において、adレジスタで指定するアド
レスの波形サンプル値を波形メモリ15から読出し、ワー
キングレジスタ16内のdtレジスタに設定する。

次に、ステツプB3にて、補間エンベロープ値を算出しev
レジスタに入力する。即ち、第４図に示すように、前の
ブロツクの最大値（mdt_j-1）と、当該ブロツクの最大値
（mdtj）と、そしてその時のアドレス（ad）とから補間
エンベロープ値evを得る。

即ち、その計算式は次のようになる。

なお、ｊ＝blとすれば、第４図の示す値と対応がつく。

次に、ステツプB4にて、上述のようにして得たそのアド
レス点での補間エンベロープ値evを用いて、波形を正規
化する。即ち、具立的には次の演算を行う。

Dt＝MV×dt/ev なお、MVとは、正規化しようとするレベル値であり、実
施例では、16進表示で700とする。即ち、補間エンベロ
ープ値evは、本来波形がもつエンベロープの近似的なも
のであつて誤差を生じ、入力波形によつては、MVの値を
越える正規値が生じ得、その為、波形の最大値、例えば
12ビツトの第の補数表現の場合7FF（16進表現）よりも
小の値をとるようにしなければならないそして、正規化されたサンプル値Dtを、波形メモリ15の
当該アドレスに入力設定する。そして、ステツプB5によ
り、adレジスタの内容をインクリメントする。

次のステツプB6において、adレジスタの内容と、mad_bl
レジスタの内容との大小判断をして、adレジスタがmad
_blレジスタの値を越えたら、ステツプB7に進みblレジス
タをインクリメントする。

次にステツプB8に進む。また、ステツプB6にてNOの判断
がなされるときも、このステツプB8に直接進む。そし
て、波形の最後のサンプル値まで正規化の処理が終了し
たかステツプB8でジヤツジし、まだの場合は、ステツプ
B2へリターンする。

このようにして、ステツプB2〜B8を繰返し実行して、全
サンプル点の正規化の処理を完了する。第５図（Ｂ）は
このようにして正規化された波形を示しており、第５図
（Ａ）のようなエンベロープ（一点鎖線で示している）
をもつ入力波形信号が、ルーチンＡ、Ｂの実行によつ
て、エンベロープが除去されて略一定の値（MVに対応）
のエンベロープ（一点鎖線で示す）をもつ波形信号に変
換される。

従つて、本実施例によれば、波形メモリ15に再格納され
た波形サンプル値を読出して、それに対しVCA19にてエ
ンベロープを付加しても、本来入力波形信号のもつエン
ベロープが除去されているので有効にエンベロープ制御
ができる。

また、波形メモリ15の記憶波形の一部分をループして読
出すようにしても、エンベロープが略一定に保たれてい
る為、不要なクリツク音等のノイズが発生しない。

なお、上記実施例においては、波形メモリ15の内容を正
規化後の波形信号に書替えるようにしたが、別の波形メ
モリに書込むようにしてもよい。

また、上記実施例では、補間エンベロープ値を上述した
計算式に従つて得、この補間エンベロープ値で、波形の
サンプル値を除算して正規化されたサンプル値を得た
が、その他のアルゴリズムによつて求めてもよい。要
は、入力波形信号が本来もつているエンベロープを除去
すればよいのである。

更に、上述した実施例では、サンプリング機能を有する
電子楽器にこの発明を適用したが、そのほか、入力波形
信号のもつエンベロープを抽出して、その音響のパラメ
ータとするような電子楽器においても、この発明を適用
可能であることは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上詳述したように、デジタル形式の波形
信号からエンベロープ信号を抽出できるようになり、電
子楽器等の音源波形信号やエンベロープのパラメータ信
号を得る上で、非常に有効となる。しかも、従来のよう
にエンベロープ信号を抽出するために波形のピーク値を
離散的に検出し、このピーク値とピーク値との間を積分
回路を介してエンベロープ信号を生成するのではなく、
波形信号の絶対値が最大値をとるアドレスと該最大値を
検出し、各ブロツク毎に検出された波形信号の絶対値が
最大値をとるアドレスと該最大値とから、上記各ブロッ
ク毎の最大値をデジタル演算処理により補間して上記エ
ンベロープ信号を算出するようにしているため、従来の
ように積分回路の時定数の影響を受けずに波形信号によ
り忠実なエンベロープ信号を抽出することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を示し、第１図は本発明をサンプリング機
能を有する電子楽器に適用した場合の構成を示す図、第
２図は本発明の一実施例の回路構成図、第３図は、同実
施例の動作を示すフローチヤート、第４図は、補間エン
ベロープ値を算出する具体的動作の説明図、第５図は入
力波形信号と、正規化された波形信号とを示す波形図で
ある。１……波形記憶手段、３……最大絶対値検出手段、４…
…最大値・アドレス記憶手段、６……補間エンベロープ
値算出手段、７……エンベロープ正規化手段、13……CP
U、15……波形メモリ、16……ワーキングレジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力波形信号をデジタル記憶する波形記憶
手段と、この波形記憶手段に記憶された波形信号を複数のブロッ
クに分割する分割手段と、この分割手段により複数のブロックに分割された波形信
号から各ブロック毎に当該ブロック内で波形信号の絶対
値が最大値をとるアドレスと該最大値を検出し、各ブロ
ック毎に検出された波形信号の絶対値が最大値をとるア
ドレスと該最大値とから、上記各ブロック毎の最大値を
デジタル演算処理により補間して上記エンベロープ信号
を算出するエンベロープ信号算出手段と、を具備したことを特徴とするエンベロープ抽出装置。
【請求項２】上記エンベロープ信号算出手段は、上記補
間によるエンベロープ値evを次式、即ち、 ev＝mdt_bl-1−（mad_bl-1−ad）× ｛（mdt_bl−mdt_bl-1）／（mad_bl−mad_bl-1）｝但し、blはブロックの番号、mdtは当該ブロックの最大
値、madは該最大値をとるアドレス、adは波形信号のサ
ンプル値のアドレスを夫々示す、によって、算出することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のエンベロープ抽出装置。