JPH03241396A - 楽音波形信号形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子楽器、音楽教育装置、玩具等の音源と
して利用される楽音波形信号形成装置に係り、特に楽音
のピッチ、音色、音量等の楽音要素を定常的または時間
的に制御するための楽音制御信号を人力されてその楽音
制御信号に応じた楽音波形信号を形成する楽音波形信号
形成装置に関する。

［従来技術］ この種の装置として、従来、遅延回路を含む遅延ループ
系に非線形信号を人力して回帰演算処理し楽音波形信号
を形成する、いわゆる遅延フィードバック形減衰音アル
ゴリズムを用いた音源（以下、遅延フィードバック形楽
音波形信号形成装置という）が知られている（例えば特
開昭６３−４０１９９号）。

この遅延フィードバック形楽音波形信号形式装置は、弦
楽器の弦や管楽器の管体等、自然楽器の機械振動系を電
気回路によって物理的に近似したもので、前記遅延ルー
プ系に擦弦楽器の弓と弦との接点の動き、あるいは管楽
器のリードまたはアンプシュア−等に相当する非線形信
号を人力すれば、管楽器や擦弦楽器の音をその強弱によ
る変化まで含めて比較的自然かつ忠実に合成することが
できるものと期待されている。

しかしながら、このような遅延フィードバック形楽音波
形信号形成装置であって、ビブラートを付与された楽音
を自然楽器に対し高い忠実度で再現するものは未だ実現
していない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上述した従来例における問題点に鑑みてな
されたもので、遅延フィードバック形楽音波形信号形成
装置であって、ビブラートを付与した楽音を自然楽器に
対し高い忠実度で再現し得る楽音波形信号形成装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため、この発明の楽音波形信号形
成装置は、遅延手段を含む遅延ループ手段と、発音すべ
き楽音の楽音要素を制御するための楽音制御信号および
前記遅延ループ手段から取り出される波形信号を人力さ
れ該波形信号を前記楽音制御信号に応じて変更して前記
遅延ループ手段へ供給する駆動信号発生手段とを具備す
る遅延フィードバック形楽音波形信号形成装置であって
、変調付与指示手段と、特性変化可能なフィルタ手段と
、前記遅延ループ手段における遅延総量および前記フィ
ルタ手段の特性を変調付与指示手段からの指示信号に応
じて変化させる変調制御手段とを有し、この構成により
発生しようとする楽音に変調を付与するようにしている
。

［作用］ 前記特開昭６３−４０１９９号には、楽音にビブラート
を付与するための具体的な構成は特に記載されていない
。一方、従来、ビブラートは、周波数変調のみであると
考えられていた。このため、ビブラートに関する従来例
としては、ＰＬＬ（フェイズロックドループ）を用いて
楽音波形信号の周波数を変動させるもの、またはシステ
ムクロックの周波数を変動させるもの（例えば特公昭６
０−４４７４号）が知られているが、いずれも楽音のピ
ッチを変化させるだけであった。

本発明者等は、ビブラートを付与する際、多くは周波数
ばかりでなく音色も変化していることを見出し、この発
明を完成させるに至ったものである。例えば、弦楽器に
おいては、弦を押さえている指を振動させることによっ
てビブラートを付与するが、このとき、指の傾きに応じ
押弦点が変化してピッチが変化するとともに、弦を押さ
える指の固さが変化して音色も変化する。第１表は、擦
弦楽器における楽音および楽音パラメータの指先での変
化を、第５図Ａに示すように弦を指で垂直に押さえた場
合と、第５図Ａに示すように弦を押さえる指が傾斜した
場合とで比較して示したものである。なお、第５図Ａお
よびＢにおいて、駒および擦弦点は指より右側にあるも
のとする。また、第１表において０内は遅延フィードバ
ック形楽音波形信号形成装置の電気回路のパラメータを
示す。

第１表 第１表から、擦弦楽器の場合、デイレイ長（楽音のピッ
チ）ばかりでなく、指例の反射フィルタ（指先での減衰
）の特性も変化していることが分かる。

この発明では、遅延フィードバック形楽音波形信号形成
装置において、ビブラート等の変調付与時、変調付与指
示手段の出力に応じて、遅延総量とフィルタ特性の双方
を変化させるようにしている。遅延フィードバック形楽
音波形信号形成装置においては、遅延総量を変化すると
、主に楽音のピッチが変化する。また、フィルタ特性を
変化すると、主に、楽音の音色が変化する。

［効果］ したがって、この発明の楽音波形信号形成装置によれば
、変調付与時、楽音のピッチと音色とが同期して変化し
、より自然楽器に近い変調楽音を形成することができる
。

［実施例］ 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る楽音波形信号形成
装置を適用した電子楽器の全体構成を示す。

同図において、楽音波形信号形成装置１００は、擦弦楽
器の物理的構造を電気回路でシミュレートしたもの（擦
弦モデル）で、ミュージックキーボード２００から発生
される演奏情報および楽音情報に基づいて各種の楽音制
御パラメータを発生するパラメータ制御回路１１０と、
このパラメータ制御回路１１０から発生される楽音制御
パラメータに基づいて楽音波形信号を形成する遅延フィ
ードバック形楽音信号形成回路１２０と、前記キーボー
ド２００から発生されるビブラート情報に基づいて前記
パラメータ制御回路１１０から楽音信号形成回路１２０
へ供給される楽音制御パラメータを変調する変調制御回
路１３０とを具備し、この楽音制御パラメータを変調す
ることによって発音すべき楽音にビブラートを付与する
ようにしたものである。楽音信号形成回路１２０から出
力される楽音波形信号は、増幅器およびスピーカ等から
なるサウンドシステム３００へ供給され、音響として発
音される。

第１図において、キーボード２００は、音階に対応した
複数の鍵からなる鍵盤と、該各鍵の押鍵操作の有無を検
出する押鍵検出回路、押鍵操作速度を検出するイニシャ
ルタッチ検出回路および押鍵圧力または押鍵深さを検出
するアフタータッチ検出回路等の鍵盤に付随する各種回
路とを備え、押鍵操作有を表わすキーオンＫＯＮ、ｌ！
ｔ＆ｌ操作有を表わすキーオフＫＯＦＦ、押鍵または離
鍵操作された鍵を表わすキーコードＫＣ，ならびにイニ
シャルタッチＩＴＣおよびアフタータッチ情報Ｃ等の演
奏情報を出力する。このキーボード２００は、さらにビ
ブラートのかかり具合を設定したりビブラートの付与を
指示するための操作子や音色情報を設定するための操作
子、ならびにこれらの操作子の操作検出回路を備え、ビ
ブラート付与の有無や内容を表わすビブラート情報Ｋｌ
、に２゜Ｔｖおよび選択音色情報等の楽音情報を出力す
る。ビブラート付与情報中、係数Ｋｌ、に２はビブラー
トの係り具合を決定する係数であり、Ｋ１はビブラート
によって楽音の周波数特性（音色）をどの程度変化させ
るかを、係数に２は楽音のピッチ（音高）どの程度変化
させるかを表わす。また、係数Ｔｖはビブラートの周期
を表わす。この実施例において、係数Ｔｖとしてはアフ
タータッチ情報ＡＴＣそのものを用いている。

第１図の楽音波形信号形成装置１００において、パラメ
ータ制御回路１１０は、例えば、マイクロコンピュータ
および楽音制御パラメータ記憶テーブル等により構成さ
れ、前記演奏情報および楽音情報に応じて前記テーブル
を参照して、楽音信号形成回路１２０が楽音波形信号形
成のため必要とする各種楽音制御パラメータを出力する
。

これらの楽音制御パラメータとしては、例えば、前記イ
ニシャルタッチ情報ＩＴＣによって決定され擦弦楽器に
おける弓の速度を表わす弓速信号■ｂ１　アフタータッ
チ情報ＡＴＣによって決定され擦弦楽器における弓の圧
力を表わす弓圧信号Ｆｂ、総量が前記キーコードＫＣに
よって決定され擦弦楽器における弓と弦との接点を境と
して切側と指側の弦の共振周波数を表わすデイレイ長信
号Ｄ１とＤ２、ならびに前記切側と指側の弦の音響特性
を表わすカットオフ周波数信号α１とα２が形成される
。なお、この実施例において、デイレイ長Ｄ１とＤ２と
の比ＤＩ／Ｄ２、およびカットオフ周波数α１．α２は
、それぞれ、楽器の種類または音色等に応じて予め設定
されている。しかし、これらを演奏者等が設定または制
御できるようにしてもよい。また、３速ｖｂおよび３圧
Ｆｂを、イニシャルタッチ情報ＩＴＣおよびアフタータ
ッチ情報ＡＴＣとは独立して与えられるような操作子を
用意してもよい。

第２図は、第１図における楽音信号形成回路１２０の具
体的回路例を示す。

第２図において、遅延回路１ａ、ｌｂ、ローパスフィル
タ（ＬＰＦ）２ａ、２ｂ、乗算器３ａ３ｂ、および加算
器４ａ、４ｂ、からなる閉ループは、擦弦楽器の弦をシ
ミュレートしている。ここで、加算器４ａ、４ｂ、は弦
と弓との接点すなわち擦弦点に対応しており、これらの
加算器（擦弦点）を含みこれらの加算器より左側の閉ル
ープは弦の擦弦点から駒までの部分を、右側の閉ループ
は弦の擦弦点から指で押さえられた点までの部分をシミ
ュレートしている。

遅延回路１ａおよび１ｂのデイレイ長（遅延時間）Ｄｌ
およびＤ２は、それぞれ擦弦点の左側（切側）および右
側（指側）の弦の共振周波数に対応し、遅延総量Ｄ１＋
Ｄ２は、１本の弦の駒から指で押さえた点までの部分の
共振周波数、すなわち発生しようとする楽音のピッチに
対応している。

第３図は、遅延回路１ａおよび１ｂの具体的回路例を示
す。同図において、Ｄは入力信号を１遅延クロツク（例
えば１システムクロツク）遅延して出力する遅延ユニッ
トで、例えばシフトレジスタの１段（１ステージ）を表
わしている。また、丸で囲んだ×は乗算器を、＋は加算
器を示している。同図の構成によれば、整数部をａ、小
数部をｂとするデイレイ長データａ＋ｂに応じて遅延段
数をａに設定し、かつ小数デイレイ部１０に図示のよう
にデータｂおよび１を人力することによって、１遅延ク
ロツク内を直線補間し１遅延クロツクの整数倍より細か
な遅延量の制御を行なうことが可能である。

ローパスフィルタ２ａおよび２ｂは、それぞれ切側およ
び指側の弦の音響伝達特性をシミュレートしている。第
４図は、ローパスフィルタ７５１の具体例として、ＩＩ
Ｒ構成のローパスフィルタを示している。同図において
、ｚ−１は入力されるデータをサンプリングパルスの１
周期（標本化周期）遅延させる遅延回路である。また、
符号「＋」は無印または十印の付された入力端へ人力さ
れるデータを加算し一印の付された入力端へ入力される
データを減算する加算または減算器、Ｍは人力される信
号に一定の係数を乗算する乗算器である。同図のローパ
スフィルタは、乗算器Ｍの乗算係数をαとすると、 なる伝達特性を有するもので、 但し、Ｆｓをサンプリング周波数、 Ｆｃをカットオフ周波数とすると、 ａ＝ａＦｓ＝２ｙｒＦｓ なるラプラス伝達関数を有するアナログフィルタと等価
な特性を有するディジタル１次ローパスフィルタである
。このようなフィルタは、例えば特開昭６１−１８２１
２号に開示されている。

乗算器３ａおよび３ｂは、それぞれ切側および指側の弦
の弦端（反射端）をシミュレートしており、人力信号に
“−１”を乗算して出力することによって位相反転器と
して用いられる。これらの乗算器３ａ、３ｂは、絶対値
が１より小さい定数を乗算することにより、減衰器とし
て使用することもできる。

非線形変換回路５は、非線形関数テーブルからなり、前
記切側閉ループの出力と指側閉ループの出力とを加算器
４Ｃで合成した信号に、弓速度に対応した信号ｖｂを加
算器６で加算した信号を非線形変換する。この非線形変
換の際の入出力特性は、除算器７および乗算器８により
３圧Ｆｂに応じてシフトまたはスケーリングされる。

第１図において、ビブラート制御回路１３０は、キーボ
ード２００から出力されるビブラート情報のうち係数Ｔ
ｖに応じた低周波信号を発生する低周波発生器（ＬＦＯ
）１３１、この低周波信号にそれぞれ係数に１およびに
２を乗算する乗算器１３２および１３４、ならびに乗算
器１３２および１３４それぞれの乗算出力を前記パラメ
ータ制御回路１１０から出力される指側カットオフ周波
数α２および指側デイレイ長Ｄ２に加算する加算器１３
３および１３５を具備し、キーボード２００から出力さ
れるビブラート情報に応じて、指側のカットオフ周波数
α２およびデイレイ長Ｄ２を変化させる。前記低周波信
号は、正負に振幅を持ち、係数Ｋｌ、に２によりフィル
タのかかり具合およびピッチ変化のかかり具合を調節で
きるが、フィルタおよびデイレイ長の制御は指側の遅延
ループ（閉ループ）に対して行なう方が、ビブラートは
指と駆動点（擦弦点）との距離変動により生じるという
考え方により近い。勿論、結果によっては、ビブラート
付与時に指側および切側の双方のカットオフ周波数およ
びデイレイ長を制御するようにしてもよい。

上記構成において、キーボード操作に基づいて、キーボ
ード２００から各種演奏情報が出力されると、パラメー
タ制御回路１１０は、人力演奏情報に応じたデイレイ長
Ｄｉ、Ｄ２、カットオフ周波数α１．α２．３圧Ｆｂ、
および５速ｖｂの各情報を作成して楽音信号形成回路１
２０へ供給する。これにより、楽音信号形成回路１２０
は遅延総量Ｄ１＋Ｄ２に応じたピッチ、ならびにカット
オフ周波数α１．α２．３圧Ｆｂおよび５速ｖｂに応じ
た音色の楽音波形信号を形成する。この楽音波形信号は
サウンドシステム３００へ供Ｍされ、楽音として放音さ
れる。

ところで、キーボード２００にはビブラートのかかり具
合を設定したりビブラートの付与を指示するための操作
子２１０が設けられており、この操作子２１０が操作さ
れると、ビブラート情報Ｋｌ、に２．Ｔｖ　（すなわち
ＡＴＣ）を作成して、ビブラート制御回路１３０へ供給
する。これにより、制御回路１３０においては、低周波
発生器（ＬＦＯ）１３１が振幅または周波数の少なくと
も一方を係数Ｔｖに応じて変調された低周波信号を発生
する。この低周波信号は乗算器１３２において係数に１
でスケーリングされた後、加算器１３３でパラメータ制
御回路１１０からの指側デイレイ長Ｄ２に加算される。

これにより、指側デイレイ長Ｄ２が係数Ｔｖ応じた周期
および係数に１に応じた振幅で変化する。したがって、
楽音信号形成回路１２０においては、遅延総量Ｄ１＋Ｄ
２が変化して形成される楽音のピッチが変化する。また
、同時に、低周波発生器１３１から出力される低周波信
号は乗算器１３４において係数に２でスケーリングされ
た後、加算器１３５でパラメータ制御回路１１０からの
指側カットオフ周波数α２に加算される。これにより、
指側カットオフ周波数α２が係数Ｔｖに応じた周期およ
び係数に２に応じた振幅で変化する。したがって、楽音
信号形成回路１２０においては、指側カットオフ周波数
α２が変化して形成される楽音の音色が変化する。

このように、この楽音波形信号形成装置においては、ビ
ブラート付与時、弦長に対応する遅延総量［）１＋Ｄ２
とともに指側反射フィルタであるローパスフィルタ２ｂ
の係数α２をも制御するようにしたため、より自然なビ
ブラート付与楽音を発生することができた。

［変形例］ なお、この発明は、上述の実施例に限定されることなく
、適宜変形して実施することができる。

例えば、 ■この発明は、ビブラートに限らず、アタックピッチ等
地の変調を付与する場合にも適用可能である。

■変調付与のための各制御パラメータの制御は、上述の
ようにスイッチ等の操作子によって行なってもよいし、
鍵盤のイニシャルタッチまたはアフタータッチ等によっ
てもよい。

■上述においては、この発明を、擦弦楽器をシミュレー
トした楽音波形信号形成アルゴリズムで実現しているが
、打弦、撥弦、管等、他のアルゴリズムで実現してもよ
い。

■上述においては、ハードウェアでこの発明を実現して
いるが、マイクロプログラムやソフトウェア等により実
現してもよい。

■上述において、時分割多重処理を行なってもよい。

■上述において遅延回路は、ＲＡＭであってもよく、ま
たは他の遅延手段であってもよい。

■上述において、変調付与時、さらに３速ｖｂや１圧Ｆ
ｂ等を制御するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る楽音波形信号形成
装置を用いた電子楽器の全体構成を示すブロック回路図
、 第２図は、第１図における楽音信号形成回路の具体例を
示す回路図、 第３図は、第２図における遅延回路の具体例を示す回路
図、 第４図は、第２図におけるローパスフィルタの具体例を
示す回路図、そして 第５図ＡおよびＢは、擦弦楽器のビブラート演奏時にお
ける、弦を押さえる指の状態を示す説明図である。 ａ、ｌｂ：遅延回路 ａ、２ｂ：ローパスフィルタ ａ、４ｂ、４ｃ：加算器 ：非線形変換回路 ＯＯ；楽音波形信号形成装置 １０：パラメータ制御回路 １２０：楽音信号形成回路 １３０：ビブラート制御回路 ２００；ミュージックキーボード ２１０：ビブラート付与指示等のための操作子０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）遅延手段を含む遅延ループ手段と、 特性変化可能なフィルタ手段と、 発音すべき楽音の楽音要素を制御するための楽音制御信
   号および前記遅延ループ手段から取り出される波形信号
   を入力され該波形信号を前記楽音制御信号に応じて変更
   して前記遅延ループ手段へ供給する駆動信号発生手段と
   、 楽音への変調の付与を指示する変調付与指示手段と、 この変調付与指示手段の出力に応じて前記遅延ループ手
   段における遅延総量と前記フィルタ手段の特性を変化さ
   せる変調制御手段と を具備することを特徴とする楽音波形信号形成装置。 （３）前記遅延ループ手段が、弦楽器の機械振動系を電
   気回路でシミュレートしたものである請求項２記載の楽
   音波形信号形成装置。