JPH0398094A - 楽音合成装置 - 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、打弦楽器、撥弦楽器、擦弦楽器あるいは打
楽器等の楽音の合成に用いて好適な楽音合成装置に関す
る。 「従来の技術」 従来、楽音合成装置としては、自然楽器の各種楽音波形
をＰＣＭ符号化して波形メモリ等に記録しておき、演奏
情報に対応した波形を波形メモリから読み出して再生す
る波形メモリ方式のものが一般的に知られている。しか
しながら、自然楽器では、演奏の状況に応じて実に多彩
な楽音が発生される。例えば管楽器等では吹奏圧が変わ
ることによって音色が多様に変化する。これらの多くの
楽音波形の発生を波形メモリ方式の楽音合成装置によっ
て行おうとする場合、波形メモリに対し、極めて膨大な
記憶容量が要求されるので、実現に無理がある。また、
複数の楽音波形を演算によって合成したり、あるいは変
調して多様な楽音波形を実現する方法．も考えられるが
、この場合も極めて演算量が大きくなり、実現に無理が
ある。 そこで、自然楽器における発音メカニズムをシミュレー
トした電気的モデルを動作させ、楽音を合成一するよう
にした楽音合成装置が提案されるに至った。例えば、ピ
アノ等の打弦楽器音の楽音合成装置としては、弦におけ
る振動の伝播遅延をシミュレートした遅延回路と弦にお
ける音響損失をシミュレートシたローパスフィルタとを
閉ルーブ接続した構成のものがよく知られている。この
種の楽音合成装置においては、ハンマが弦を叩く時の衝
撃に相当する信号（例えばインパルス等）が閉ループに
入力され、閉ループが共振状態とされる。 そして、閉ループ内を循環する信号が楽音信号として取
り出される。このようにして、ピアノの弦がハンマによ
って叩かれることによって励起され、定在波振動が発生
する現象が忠実に再現され、弦の定在波振動が直接周囲
に放射されることによる楽音（以下、この楽音を便宜上
、直接音と呼ぶ）が忠実に再現される。 しかし、実際の自然楽器は共鳴器（例えば、ピアノにお
ける響板、ギターにおける箱）を有しており、共鳴器が
直接音に共鳴することによって共鳴音が発生される。 共鳴音を直接音と共に再生することが可能な楽音合或装
置としては、直接音の楽音波形を記録した直接音用波形
メモリと、共鳴音の波形を記録した共鳴音用波形メモリ
とを備え、演奏情報に対応した直接音波形および共鳴音
波形を読み出し、重ね合わせて出力する方式のものが例
えば特公平１−１５０７４号公報に開示されている。 「発明が解決しようとする課題」 ところで、ピアノ等の打弦楽器においては、ノ・ンマに
よって弦を叩く時の衝撃が響板に伝播し、この衝撃に対
する共鳴音が発生される。また、ギター等の撥弦楽器に
おいても、ピノクあるいは爪によって弦に与えられた衝
撃がブリソジを介して箱に伝わり、この衝撃に対する共
鳴音が発生する。 すなわち、実際の自然楽器においては、発音体の定在波
振動が直接放射される直接音、共鳴器によって発生され
る直接音の共鳴音、および、発音体を駆動する時に発音
体に加えられる衝撃が共口ラ器に伝播することによって
発生される共鳴音（以下、この共鳴音を便宜上、過渡音
と呼ぶ）の３種の音が発生され、これらをｄ合したもの
が楽音として聴取される。しかしながら、上述した従来
の楽音合成装置は、直接音および直接音に対する共鳴音
を再現することはできたが、演奏時の衝撃に基づく過渡
音を再現することができず、このため、現実味のある自
然楽器音を発生することができないという問題があった
。また、楽器から発生される過渡音を抽出して波形メモ
リに記録し、合成によって得られる直接音および直接音
の共鳴音を重ね合わせて再生するといった方法も試みら
れたが、過渡音の抽出は技術的に難しく、多大な労力を
必要とする割に、満足な過渡音がなかなか得られないと
いう問題があった。特に、過渡音をＰＣＭのような録音
再生方式による音源によって再生しようとする場合、音
の品質は録音の技術によって大きく左右され、場合によ
っては、過渡音が耳障りになることがある。 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり
、実際の自然楽器から発生される過渡音を含んだ楽音を
容易に再現することかできる楽音合成装置を提供するこ
とを目的としている。 「課題を解決するための手段」 この発明は、演奏情報に対応した駆動信号壱発生する駆
動信号発生手段と、 前記駆動信号に対する共鳴音信号を発生する共鳴手段と
、 前記演奏情報に対応した楽音信号を形成する楽音形成手
段と、 前記共鳴手段の出力信号と楽音形戎手段から出力される
楽音信号とを演奏情報に応じてｌ昆合し出力する混合手
段と を具備することを特徴としている。 「作用」 上記構或によれば、演奏情報に基つき、演奏の際に発音
系に与えられる衝撃に十目当する駆動信号が、駆動信号
発生手段によって発生される。また、演奏情報に対応し
た楽音信号が楽音形成手段によって発生される。そして
、駆動信号に対して共鳴効果を付与した共鳴音信号が共
鳴手段によって発生される。そして、この共鳴音信号と
、楽音形成手段によって形成された楽音信号とが、ｆ昆
合手段によって、混合されて出力される。 「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明する。

【第１実施例】 第ｌ図はこの発明の第１実施例によるピアノ音の楽音合
或装置の構或を示すブロック図である。 同図における楽音制御回路１では、外部から入力される
操作情報に対応し、各種制御情報が発生される。そして
、これらの制御情報によって、装置全体の動作が制御さ
れる。 楽音形成回路２は操作情報に対応した直接音の形成を行
う回路であり、加算器２ａ、弦における振動の伝播遅延
をシミュレートした遅延回路２ｂおよび弦の音響損失を
シミュレートしたフィルタ２ｃからなる閉ループ回路と
、この閉ループ回路に駆動信号を供給する駆動信号発生
回路２ｄとからなる。駆動信号発生回路２ｄは、波形Ｒ
　Ｏ　Ｍ　（　！Ｊ一ドオンリメモリ）を有しており、
この波形ＲＯＭにはインパルス波形等の多くの周波数成
分を含んだ信号波形をＰＣＭ符号化した時系列のデジタ
ル信号が記憶されている。そして、楽音発生時、楽音制
御回路１からキーオン信号ＫＥＹＯＮが供給されると、
波形ＲＯＭからデジタル信号が順次読み出され、前述の
駆動信号として加算器２ａに供給される。 そして、この駆動信号は、加算器２ａ→遅延回路２ｂ→
フィルタ２ｃからなる閉ループを循環する。 この閉ループは、閉ループを信号が一巡するのに要する
遅延時間の逆数に対応する１次の共振周波数、および１
次の共振周波数の整数倍の高次の共振周波数を有する共
振回路として動作する。そして、閉ループを駆動信号が
循環することにより、駆動信号中における上記各共振周
波数成分が強調される。 遅延回路２ｂは例えば段数を切り換えることが可能なシ
フトレジスタ等によって実現され、楽音制御回路ｌから
供給されるキーコード情報ＫＣによって遷延時間が切り
換えられる。このようにすることで、弦に対応し、閉ル
ープを信号が一巡する時間、すなわち、楽音の１次の共
振周波数が切り換えられる。また、フィルタ２ｃは、通
常、ローバスフィルタによって実現される。ここで、ピ
アノに張設された各弦は、各々、振動の減衰率の周波数
特性が異なるので、楽音制御回路ｌからフィルタ２ｃに
は、弦に対応した音色パラメータＴＮが与えられ、この
音色パラメータに従ってフィルタ２ｃにおけるフィルタ
演算用係数を切り換えられる。このようにして、楽音制
御回路１によって指定された音高および音色の直接音信
号ＳＤＲＹが発生される。なお、楽音形成回路２として
は、上述の構成の他、例えばＦＭ音源あるいはＰＣＭ音
源によって構成してもよい。 駆動信号発生回路３は、上述の駆動信号発生回路２ａと
同様の構戊であり、楽音制御回路１からキーオン信号Ｋ
ＥＹＯＮが供給されると、ピアノの弦をハンマで叩く時
の衝撃に相当する信号波形（例えばインパルス）に対応
したデジタル信号を衝撃信号ＩＰとして発生する。この
衝撃信号ＩＰは、共鳴回路４に入力される。 共鳴回路４は、ピアノの響板の音響特性をシミュレート
したものであり、例えば前述の楽音形成回路２において
用いられているような遅延回路とフィルタとによる閉ル
ープ回路によって実現される。 一般にピアノの響板は多数の共振周波数を有するが、こ
れに応じ、共振周波数の異なる閉ループ回路を複数並列
接続することによって、ピアノの響板の音響特性を忠実
に再現した共鳴回路４を実現することができる。この共
鳴回路４によって、駆動信号発生回路３から出力された
衝撃信号ＩＰに対して共鳴効果が与えられる。この結果
、ハンマから弦に与えられた衝撃が響板に伝播し、響板
が共鳴することによって発生される過渡音に対応した過
渡音信号ＳＴＲＮが出力される。なお、共鳴回路４の構
成例については、後述する。 混合回路５は、乗算器５　ａ，　５　ｂおよび加算器５
ｃによって構成される。乗算器５ａには、前述の過渡音
信号ＳＴＲＮが人力され、楽音制御回路１から供給され
る乗算係数７１が乗じられる。また、乗算器５ｂには、
前述の直接音信号ＳＤＲＹが入力され、楽音制御回路１
から供給される乗算係数γ，が乗じられる。そして、各
乗算結果が、加算器５ｃによって加算され、加算結果が
楽音信号として出力される。 以下、この楽音合成装置に鍵盤ユニノトを接続し、鍵盤
付電子楽器を構成する場合を想定し、動作を説明する。 鍵盤ユニノトにおいて鍵の操作が検知されると、音高指
定のためのキーコード情報ＫＣ、音色パラメータＴＮが
楽音制御回路１から出力され、これらの制御情報に従っ
て、楽音形成回路２における遅延回路２ｂの遅延時間設
定、フィルタ２ｃのフィルタ演算用係数の設定が行われ
る。 次いで、楽音制御回路１からキーオン信号ＫＥＹＯＮが
出力される。この結果、駆動信号発生回路３および２ｄ
が駆動され、上述したように過渡音信号ＳＴＲＮおよび
直接音信号ＳＤＲＹが各々発生される。 また、上述の動作に先立ち、楽音制御回路ｌから乗算係
数γ．γ，が出力され、混合回路５における過渡音信号
ＳＴＲＮおよび直接音信号ＳＤＲＹの混合比率が設定さ
れる。一般的にピアノの場合、高音になる程、過渡音が
強調されるのて、音高が高くなるに従い、高音になるに
従って乗算係数γ１が乗算係数γ，に対して大きくなる
ように設定される。このようにして、弦をハンマによっ
て打撃した時の過渡音と弦の振動による直接音とが音高
に応じてバランス良く混合された自然感に富んだ楽音が
発生される。また、ピアノの鍵を叩く時のタッチを示す
情報を人力し、タッチが強い場合に過渡音が強調される
ように構成すると、より一層リアリティに富んだ楽音が
得られる。 なお、楽音発生開始当初は、乗算係数７１を大きな値に
，乗算係数γ，を小さな値に設定して過渡音を強調し、
時間経過と共に乗算係数７１を小さな値に、乗算係数７
，は大きな値に滑らかに変化させ、次第に弦の振動に基
づく直接音が強調されるようにしてもよい。このように
すると、さらに自然感に嵩んだ楽音が発生される。

【第２実施例】 第２図はこの発明の第２実施例によるピアノ音の楽音合
成装置の構成を示すブロック図である。 なお、同図において、上述した第ｌ図と対応する部分に
は同一の符号が付してある。 本実施例では、駆動信号発生回路３から出力される衝撃
信号ＩＰと楽音形成回路２から出力される直接音信号Ｓ
ＤＲＹとを混合する混合回路６を設け、この混合回路６
の出力を共鳴回路４に人力するようにした点が前述の第
１実施例と異なる。 ここで、混合回路６には楽音制御回路１ａから乗算係数
γ，，γ，が供給され、衝撃音信号ＩＰおよび直接音Ｓ
ＤＲＹの混合比率が制御される。具体的には、前述の第
１実施例と同様、音高が高くなる程、乗算係数７３は大
きな値に、乗算係数７４は小さな値に設定され、衝撃音
信号ＩＰの比率が大きくなるように制御される。 この楽音合成装置によれば、ハンマによって弦を打撃し
た時の衝撃および弦に励起された振動の両方が響板に伝
播することによって得られる共鳴音に相当する信号が共
鳴回路４から出力され、この共鳴回路４の出力信号と直
接音信号ＳＤＲＹとが混合回路５によって混合されて出
力される。従って、実際の自然楽器において発生される
ような直接音、直接音に対する共鳴音、および過渡音が
バランス良く混在した楽音を発生することができる。

【共鳴回路の構戊例】

第３図は上記第１および第２実施例における共鳴回路４
の構成例を示すブロソク図である。たたし、第３図の共
鳴回路はステレオ再生への対応を考慮し、左チャネル用
出力Ｌおよび右チャネル用出力Ｒを備えた構成となって
いる。従って、この共鳴回路を上記第１および第２実施
例に適用する場合、左チャネル用出力Ｌおよび右チャネ
ル用出力Ｒの各々に対応し、直接音信号との混合を行う
混合回路を設けるか、または、左右どちらか一方のチャ
ネル出力を使用するようにする。 この共鳴回路は、第３図に示すように、入力信号に対し
所定の係数を乗算する乗算器６１〜６４、閉ルーブ回路
７１〜７４、加算器８１，８２、オールパスフィルタ９
１．９２からなる。閉ループ回路７１〜７４は、ピアノ
の響板の共振特性をシミュレートしたものであり、各閉
ルーブ回路７１〜７４は、各々、異なった共振特性を有
している。 そして、これらの閉ループ回路７１〜７４が並列接続さ
れることにより、各閉ループ回路７１〜７４の共振特性
の和に相当する共振特性を有する共鳴回路が実現されて
いる。 閉ループ回路７ｌは、加算器１７ｌ１遅延回路１７２、
オールパスフィルタ１７３およびよく知られたローパス
フィルタ１７４によって構成される。ここで、オールパ
スフィルタ１７３の位相遅延は周波数に応じて変化する
ようになっている。 このため、閉ループ回路７１において、高次の共振周波
数が１次の共振周波数の整数倍とならない非調和な倍音
構造の共振特性が得られる。そして、乗算器６ｌを介し
て閉ループ回路７ｌに信号が入力されると、入力信号の
中から、上記非調和な各共振周波数成分が選択され、ロ
ーパスフィルタｌ７４によって徐々に減衰されながら、
閉ルーブ内を循環する。なお、このようなオールパスフ
ィルタを用いた閉ループ回路の共振特性については、例
えば特公昭５６−２８２７４号公報に開示されている。 そして、閉ループ回路７ｌを循環する信号が、遅延回路
１７２における遅延時間の異なった各遅延出力端から取
り出され、各々、乗算器１７２ａおよび１７２ｂを介し
、加算器８ｌおよび８２に供給される。他の閉ループ回
路７２〜７４も、同様の構成となっており、各々から遅
延位相の異なった２組の信号が出力され、加算器８ｌお
よび８２に各々入力さ・れる。そして、加算器８ｌおよ
び８２の各出力信号はオールバスフィルタ９ｌおよび９
２を各々介し、左チャネル用出力信号Ｌ１右チャネル用
出力信号Ｒとして出力される。なお、オールパスフィル
タ１７３、９１および９２としては、従来公知の第４図
（ａ）〜（ｄ）に示す構戊のものを使用することができ
る。 この共鳴回路によれば、各閉ループ回路７１〜７４は、
１次の共振周波数が各々異なるのに加え、各共振特性が
非調和であるため、実際のピアノの響板に対応した非常
に多くの共振周波数を含んだ共振特性を実現することが
できる。また、各閉ル一プ回路７１〜７４から位相の異
なった２組の信号を取り出し、各々を左チャネル用出力
Ｌおよび右チャネル用出力Ｒとして出力するようにして
いるので、人力信号に対し、残響効果が付与され、幅の
広い楽音が発生される。 この共鳴回路を上述の第１および第２実施例に適用する
ことにより、さらに実際のピアノから発生される楽音に
近い楽音を合成することができる。 なお、上述した実施例では、ピアノ音を合成する場合を
例に説明したが、同様の構成により、ギター等の撥弦楽
器の他、多くの種類の自然楽器の楽音合或を行うことが
できる。また、ギターの楽音合成装置を構戊する場合、
上記実施例における共鳴回路４に箱を直接叩く時の衝撃
に相当する信号を入力するようにしてもよい。このよう
にすると、例えばフラメンコギター演奏において、箱を
叩くことによって発生される過渡音を発生することがで
きる。また、この楽音合成装置によれば、例えば、ピア
ノの共鳴器として、響板の変わりにギターの箱を接続し
た場合の楽音等、自然楽器では発生し得ない音を発生す
るといった応用が可能である。また、この楽音合成装置
は、上述したようなデジタル回路に限らず、アナログ回
路によって実現することも可能であり、ＤＳＰ（デジタ
ル信号ブロセノサ）による演算処理によって実現するこ
とも勿論可能である。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、演奏情報に対
応した駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆
動信号に対する共鳴音信号を発生する共鳴手段と、前記
演奏情報に対応した楽音信号を形成する楽音形成手段と
、前記共鳴手段の出力信号と楽音形成手段から出力され
る楽音信号とを演奏情報に応じて混合し出力する混合手
段とを設けたので、楽器の演奏時に発生される過渡音を
含んだ自然感に富んだ楽音を容易に発生することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例による楽音合成装置の構
成を示すブロック図、第２図はこの発明の第２実施例に
よる楽音合成装置の構戊を示すブロノク図、第３図は上
記第１および第２実施例において用いる共鳴回路の構成
例を示すブロノク図、第４図は第３図の共鳴回路におい
て用いるオールバスフィルタの構或例を示すブロック図
である。 １・・・・・・楽音制御回路、２・・・・・・楽音形成
回路、３・・駆動信号発生回路、４・・・・・・共鳴回
路、５・・・・・・混合回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 演奏情報に対応した駆動信号を発生する駆動信号発生手
   段と、 前記駆動信号に対する共鳴音信号を発生する共鳴手段と
   、 前記演奏情報に対応した楽音信号を形成する楽音形成手
   段と、 前記共鳴手段の出力信号と楽音形成手段から出力される
   楽音信号とを演奏情報に応じて混合し出力する混合手段
   と を具備することを特徴とする楽音合成装置。