多功能音频信号产生设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种音频信号产生设备，其通过从其中存储有代表音（语音或乐音） 的波形的波形数据的波形存储器中读出波形数据来产生音频波形信号。更具体地说，本发 明设及该样一种音频信号产生设备，其能够根据从多种音源供应的原始音波形（诸如可从 中提取特定音的音高的波形、因为其中混合有多个音的音高而不适于从中提取特定音的音 高的波形W及实时地输入的不明确的波形）中的任一个的多种特征来多功能地改变诸如 音的长度或持续时间（再现速度（时间进展速度））、音高W及共振峰之类的因素中的任一 个，而不影响其他因素。
【背景技术】
[0002] 此前，已知从波形存储器中读出代表音的波形的波形数据并再现由所读出的波形 数据表示的音的电子乐器，如例如日本专利申请特开No.肥1-9-146555中所公开的那样。 在No.肥1-9-146555公布中公开的电子乐器中，提供了多个音产生通道用于再现音，并且 针对每预定音高范围分配一个波形数据（即，一组波形数据）。将构成波形数据的单独的样 本值进行压缩并按照样本值被采样的次序存储在波形存储器的连续的地址中。此外，在该 电子乐器中，采用了该样一种压缩方案：其中基于相对于紧接在前（即，上一个）的样本值 的变化来压缩各个样本值。因此，必须使用上一个样本值来解码各个压缩数据。因此，在读 出压缩数据时，音产生通道中的每一个将读地址逐个递增。
[0003] 音产生通道中的每一个通过在各个采样时间周期（即，当D/A转换器将数字值转 换为模拟值时的时间周期）中从波形存储器读出压缩数据并将读出的压缩数据进行解码 来计算样本值（音频波形信号）。如果将被再现的音（下文中称作"再现音"）的音高与被 采样的音（下文中称作"原始音"）的音高相同，则音产生通道通过将读地址加一W读出压 缩数据并随后将读出的压缩数据的值加至上一个采样时间周期的样本值来计算当前采样 时间周期的样本值。另一方面，如果再现音的音高与原始音的音高不同，则根据再现音与原 始音的音高的比率来设置压缩数据的读出速率。也就是说，音产生通道读出在连续的地址 处存储的多个压缩数据并对读出的所述多个压缩数据进行解码；也就是说，音产生通道按 次序恢复多个样本值。然后，利用恢复的样本值通过线性插补运算来计算与再现音的音高 相对应的样本值。
[0004] 此外，此前已知一种配备有用于改变（拉伸或压缩）语音的局部部分（包括在语 音的开始部分中的预定数量的元音）的长度或持续时间而不改变所述语音的所述局部部 分的音高的功能的助听器，如日本专利申请特开No.肥1-9-312899中所公开的那样。
[0005] 在前述常规已知的电子乐器中，如果将再现音设为与原始音的音高不同的音高， 则其将具有与原始音不同的长度。例如，如果将再现音设为比原始音的音高更高的音高，贝U 再现音将具有比原始音更短的长度。另一方面，如果将再现音设为比原始音的音高更低的 音高，则再现音将具有比原始音更长的长度。此外，在前述常规已知的电子乐器中，在将再 现音设为与原始音的音高不同的音高的情况下，再现音将具有与原始音的共振峰不同的共 振峰。例如，如果将再现音设为比原始音的音高更高的音高，则再现音将具有比原始音更高 的共振峰。另一方面，如果将再现音设为比原始音的音高更低的音高，则再现音将具有比原 始音更低的共振峰。也就是说，在将再现音设为与原始音的音高不同的音高的情况下，再现 音将具有与原始音不同的音色（音品）。
[0006] 在No.肥1-9-312899公布中公开的助听器中，利用专用电路（例如，DS巧执行前 述功能。在利用该种专用电路（例如，DS巧的情况下，在形成波形数据之前需要存储构成 代表预定长度的波形的波形数据的单独的样本值。因此，需要具有相对大的存储容量的存 储器。此外，从发出音产生起始指令时的时间（即，从语音输入的时间）至形成波形数据时 的时间将产生时延。此外，如果在前述电子乐器中，除了前述音产生通道W外，还设置用于 执行前述功能的专用电路（例如，DSP)，则电路尺寸和成本将增加。具体地说，如果将被产 生的音的数量增加，则存储器的存储容量必须增加，因此，不方便性将变得显著。此外，因为 不总是使用所有功能，所W将导致相当大的浪费。
【发明内容】
[0007] 鉴于W上现有技术的问题，本发明的一个目的是提供一种改进的多功能音频信号 产生设备，其适于控制音的持续时间、音高等。例如，本发明提供了一种音频信号产生设备， 其可改变诸如音的持续时间、音高和共振峰之类的因素中的任一个因素，而不影响其它因 素，并且其构造也简单。
[000引为了实现上述目的，本发明提供了一种改进的音频信号产生设备，该音频信号产 生设备包括；多个通道，各个通道包括适于按照给定速率执行计数操作的样本计数器，每一 个通道被配置为基于从存储器中基于样本计数器的计数值取得原始波形的样本值来产生 波形样本值；控制部分，其被配置为针对每一个通道独立地设置用于该通道的样本计数器 的速率和初始值，并且控制样本计数器的计数操作的开始和停止，从而在该通道中再现原 始波形中的与从设置的初始值至计数停止点的计数范围相对应的局部部分；W及重叠加法 器，其由所述控制部分控制。此外，在该音频信号产生设备中，控制部分被配置为在从所述 多个通道中选择的一组通道中的单独的通道中设置初始值，W在所述一组通道中的单独的 通道中从存储器中取得原始波形的不同样本位置处的样本值，并且控制所述重叠加法器将 在所述一组通道中产生的多个样本相加，从而从所述重叠加法器输出音频波形信号的样本 值，该音频波形信号具有原始波形中的将在所述一组通道中再现的、彼此局部重叠的多个 局部部分。
[0009] 根据本发明，在控制部分的控制下，可设置用于每一个通道的样本计数器的速率 和初始值，并且在多个期望的通道中产生的波形样本值可通过重叠加法器相加。因此，本发 明可按照多种模式再现其再现时间长度、音的音高、共振峰等已受控制的音频波形信号。也 就是说，本发明可通过在控制部分的控制下设置初始值W在所述一组通道中的单独的通道 中从存储器中同时取得原始波形的不同样本位置处的样本值、W及利用重叠加法器将在所 述一组通道中再现的波形样本值相加，来产生如下的音频波形信号，该音频波形信号具有 原始波形中的将在所述一组通道中再现的、彼此局部重叠的多个局部部分。通过原始波形 中的所述多个局部部分之间的该种重叠，可容易地控制再现时间长度和/或音的音高。
[0010] 优选地，控制部分被配置为根据用于对再现时间长度执行拉伸/压缩控制的信息 来确定原始波形中的将在所述一组通道的第一通道和第二通道中再现的第一局部部分和 第二局部部分，所述控制部分使得在第一通道中开始原始波形中的第一局部部分的再现， 然后使得在第二通道中开始原始波形中的第二局部部分的再现。因此，本发明可在保持第 一局部部分和第二局部部分之间的时间顺序（即，前后）关系的同时，通过压缩或拉伸原始 波形中的第一局部部分和第二局部部分的时间位置，来对再现时间长度执行拉伸/压缩控 制。
[0011] 优选地，控制部分被配置为根据用于控制再现音高的信息来设置第一局部部分与 第二局部部分之间的再现起始时间差。通过设置第一局部部分与第二局部部分之间的该种 再现起始时间差，可提供周期性，并且可控制再现音高。优选地，基于原始波形中的第一局 部部分和第二局部部分的音的音高来确定再现起始时间差的基本值，并且通过根据用于控 制再现音高的信息而增大或减小基本值来设置第一局部部分与第二局部部分之间的再现 起始时间差。在原始波形是单个音（单个音的音高）的情况下，该种音高控制是有效的。
[0012] 优选地，控制部分被配置为根据用于控制共振峰的信息来针对第一通道和第二通 道的样本计数器设置给定速率。如上所述，在利用再现起始时间差的设置来执行音高控制 的情况下，该种共振峰控制是有效的。
[0013] 优选地，控制部分被配置为根据用于控制再现音高的信息来针对第一通道和第二 通道的样本计数器设置给定速率。在原始波形包括多个音（多个音高的混合）的情况下， 该种音高控制是有效的。
[0014] 优选地，所述存储器是暂时存储型存储器，并且实时地输入的原始波形的波形数 据被暂时地存储在所述存储器中。通过将从麦克风等实时地输入的波形信号作为原始波形 暂时地存储到所述存储器中，本发明允许对时间长度控制和/或音的音高控制进行再现。
[0015] 本发明不仅可构造和实现为上述的设备发明，而且可构造和实现为方法发明。另 夕F，本发明可布置和实现为通过诸如计算机或DSP之类的处理器来执行的软件程序，W及 存储有该种软件程序的非瞬时计算机可读存储介质。
[0016] 下面将描述本发明的实施例，但是应当认识到的是，本发明不限于所描述的实施 例，在不脱离基本原理的情况下，本发明的各种修改形式是可能的。因此，仅由随附的权利 要求来对本发明的范围进行限定。
【附图说明】
[0017] 下文中将参考附图通过仅示例的方式来详细描述本发明的特定优选实施例，其 中：
[001引图1是示出应用了根据本发明的实施例的音产生器电路的电子乐器的示例设置 的框图；
[0019] 图2是示出图1的音产生器电路的设置的框图；
[0020] 图3是示出图2的重叠加法电路（或重叠加法器）的框图；
[0021] 图4A是示出应用于区段的示例窗口函数的曲线图；
[0022] 图4B是示出应用于区段的另一示例窗口函数的曲线图；
[0023] 图5是音产生起始指令程序的流程图；
[0024] 图6是示出第一模式中的音产生器电路的构造的框图；
[0025] 图7是示出第一模式中的控制部分的控制操作顺序的图；
[0026]图8是示出第一模式中的音产生通道的操作顺序的图；
[0027] 图9A是示出当音高放大率为"2. 5"时用于恢复样本值的操作顺序的概念图；
[002引图9B是示出当音高放大率为"0. 5"时用于恢复样本值的操作顺序的概念图；
[0029] 图10是音高标记和区段的概念图；
[0030] 图11是示出第二模式中的音产生器电路的构造的框图；
[0031] 图12是示出第二模式中的音产生器电路的操作的概要的概念图；
[0032] 图13A是示出第二模式中的控制部分的控制操作顺序的前一部分的图；
[0033] 图13B是示出第二模式中的控制部分的控制操作顺序的中间部分的图；
[0034] 图13C是示出第二模式中的控制部分的控制操作顺序的后一部分的图；
[0035] 图14是示出第二模式中的构成音轨的多个音产生通道的头音产生通道的操作顺 序的图；
[0036] 图15是示出第二模式中的除头音产生通道W外的另一产生通道的操作顺序的 图；
[0037] 图16是示出根据不同值的拉伸比再现不同系列的颗粒的概念图；
[003引图17是示出根据不同值的音高放大率再现不同系列的颗粒的概念图；
[0039] 图18是起奏标记和区段的概念图；
[0040] 图19是示出根据不同值的拉伸比再现不同系列的颗粒的概念图；
[0041] 图20A是示出第S模式中的控制部分的控制操作顺序的前一部分的图；
[0042] 图20B是示出第S模式中的控制部分的控制操作顺序的中间部分的图；
[0043] 图20C是示出第S模式中的控制部分的控制操作顺序的后一部分的图；
[0044]图21是示出第S模式中的构成音轨的多个音产生通道的头音产生通道的操作顺 序的图；
[0045] 图22是示出第四模式中的音产生器电路的设置的框图；
[0046] 图23是示出音高调整的概念的概念图；
[0047] 图24是示出当多个音轨彼此同步时音产生器电路的构造的框图；W及
[0048] 图25是示出音轨的再现位置的概念图。
【具体实施方式】
[0049] 现在，将提供关于应用了本发明的音频信号产生设备的实施例的电子乐器DM的 描述。首先，将描述电子乐器DM的概要。如图1所示，电子乐器DM包括；音产生器电路16， 其从波形存储器WM中读出代表音的波形的波形数据并随后再现由读出的波形数据表示的 音。音产生器电路16具有时间拉伸功能、音高移位功能和共振峰移位功能。利用时间拉伸 功能，可W在保持音的音高和共振峰的同时改变音的持续时间。也就是说，利用时间拉伸功 能，音可沿着时间轴方向拉伸或压缩；换句话说，可仅改变音的再现速度（时间进展速度）。 此外，利用音高移位功能，可W在保持音的持续时间和共振峰的同时改变音的音高。此外， 利用共振峰移位功能，可W在保持音的持续时间和音高的同时改变音的共振峰。可同时使 用时间拉伸功能、音高移位功能和共振峰移位功能中的两个或全部。也就是说，音产生器 电路16不仅可仅改变音的持续时间、音高和共振峰中的一个，而且可同时改变音的持续时 间、音高和共振峰中的两个或全部。
[0化0] 此外，音产生器电路16具有作为其关于音再现的操作模式的四种模式。在第一模 式中，将前述时间拉伸功能、音高移位功能和共振峰移位功能设为无效。也就是说，如果在 其音高相对于原始音的音高改变的情况下对音进行再现，则音的持续时间和共振峰也将改 变，如前述常规已知的电子乐器的情况那样。在第二模式中，将时间拉伸功能、音高移位功 能和共振峰移位功能设为有效。该种第二模式适于再现独唱或诸如弦乐器之类的单个乐器 的演奏（乐句）。此外，在第=模式中，将时间拉伸功能和音高移位功能设为有效。第=模 式适于再现包括歌唱和诸如吉他、鼓和打击乐器之类的多个乐器的演奏的组合的乐句。此 夕F，在第四模式中，将音高移位功能和共振峰移位功能设为有效。在第四模式中，可将和声 赋予实时地输入的独唱或诸如弦乐器之类的单个乐器的演奏的音。注意，可同时使用前述 四种模式中的多个或全部。如稍后将描述的，音产生器电路16具有256个音产生通道，并 且如果在再现起始时存在任何当前未使用的音产生通道，可将任一个操作模式分配至该种 当前未使用的音产生通道。然而，注意，因为将四个音产生通道用于W第二模式至第四模式 中的任一个来再现音，所W在当前未使用的音产生通道的数量为=个或更少的情况下，第 二模式至第四模式均不可分配至当前未使用的音产生通道。
[0化^ W下描述电子乐器DM的详细构造。如图1所示，电子乐器DM包括经总线BS互连 的输入操作器单元11、计算机部分12、显示器13、存储装置14、外部接口电路15和音产生 器电路16。此外，音响系统17、声音输入装置18和波形存储器WM连接至音产生器电路16。 [0化2] 输入操作器单元11包括演奏操作器和设置操作器。演奏操作器和设置操作器的 示例包括：开关（诸如数值输入小键盘），其响应于人类操作员的开/关操作；音量控制或 旋转编码器，其响应于人类操作员的旋转操作；音量控制或线性编码器，其响应于人类操 作员的滑动操作；鼠标；W及触摸面板。演奏操作器用于指示音产生等的开始和停止。此 夕F，设置操作器包括：音持续时间设置操作器，其用于改变音的持续时间（再现速度）；音高 设置操作器，其用于改变音的音高；W及共振峰设置操作器，其用于改变音的共振峰。一旦 人类操作员（或用户）操作输入操作器单元11，则指示操作的内容的操作信息（即，通过操 作员的操作指示的值）就经总线BS被供应至稍后描述的计算机部分12。
[0化3]计算机部分12包括连接至总线BS的CPU12a、R0M1化和RAM12C。CPU12a通过 从ROM1化中读出音产生程序W执行音产生程序来执行稍后描述的音产生程序，并且为音 产生器电路16供应关于演奏操作器的操作的演奏操作信息。演奏操作信息包括指示再现 音的音高的音高信息和指示再现音的音量的音量信息。此外，一旦任一个设置操作器被操 作，CPU12a就向音产生器电路16供应指示设置操作器的操作内容的设置信息。设置信息 包括指示音产生器电路16的操作模式的操作模式信息、指示再现音的音色（音品）的音色 信息（例如，滤波器的截止频率和共振量）等。设置信息还包括由音持续时间设置操作器、 音高设置操作器和共振峰设置操作器等指示或指定的值。
[0化4] 除上述音产生程序W外，在ROM1化中还预存储有初始设置参数、指示与分配至 单独的演奏操作器的音符编号順的波形数据相关的信息的波形数据信息W及各种数据 (诸如用于生成指示将被显示在显示器13上的图像的显示数据的图形和文本数据）。在 RAM12c中，暂时存储有执行各种程序所需的数据。
[0化5]显示器13包括液晶显示器（LCD)。计算机部分12利用图形数据和文本数据生成 指示将被显示的内容的显示数据，并将生成的显示数据供应至显示器13。显示器13基于从 计算机部分12供应的显示数据显示图像。
[0化6] 此外，存储装置14包括诸如皿D、抑D、CD和DVD之类的大容量、非易失性存储介 质W及对应于存储介质的驱动单元。外部接口电路15包括；连接端子（例如，MIDI输入/ 输出端子），其用于允许电子乐器DM连接至外部设备（诸如另一电子音乐设备或个人计算 机）。电子乐器DM可经外部接口电路15连接至诸如LAN(局域网）和互联网之类的连接网 络。
[0化7]如图2所示，音产生器电路16包括控制部分CT、音产生部分SP、高速缓存电路CM、信号处理部分DP、环形缓冲区RB和混合器部分MX。
[0化引控制部分CT基于从CPU12a供应的演奏操作信息和设置操作产生各种参数，并将 因此产生的各种参数供应至构成将在下面描述的音产生部分SP的单独的音产生通道CHW (该里，n= 0、l、…、255)。控制部分CT包括产生各种包络信号的包络产生电路和产生低 频信号的低频振荡器。当将要根据自音产生的起始时间起流逝的时间来改变音的音高、音 色和音量时使用包络信号和低频信号。上述各种参数的示例包括指示再现音的音高与原始 音的音高的比率的音高放大率0、用于设置滤波器的特征的滤波器参数、用于设置音量的 音量参数。此外，控制部分CT包括：状态标志SF"kt>，其指示音产生通道CHW的对应操作 状态。控制部分CT还包括：样本计数器C,K?(未示出），其从原始音的波形数据的开始或 头起对样本的数量进行计数。此外，控制部分CT包括：再现时间计数器O/n(未示出）， 其在音产生通道CHW开始再现之前对时间进行计数。此外，控制部分CT包括；样本缓冲区 SBKt> (未示出），其在每个采样时间周期，暂时存储通过稍后描述的解码电路dECW再现的 样本值。控制部分CT包括；目标值寄存器TRKt> (未示出），其暂时地存储稍后描述的目标 值tv。
[0化9] 音产生部分SP包括多个（例如，256个）音产生通道CH^。音产生通道CHW在构 造方面彼此相同。音产生通道CHW中的每一个包括读电路DRDW、重叠加法电路（重叠加法器）OLAW、滤波电路化tW和音量控制电路WLW。
[0060] 读电路D畑W经高速缓存电路CM连接至波形存储器丽。通过W预定采