JPH04122994A

JPH04122994A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH04122994A
Application number: JP2245569A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mori; 大輔森; Masahiro Nakanishi; 雅浩中西; Katsuyoshi Fujii; 藤井　克芳; Masahiko Hatanaka; 正彦畠中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-04-23
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2558940B2

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】産業上の利用分野本発明は、電子楽器のうちで、特にアコースティックな
、すなわち、自然楽器と同様な音色を合成する楽音合成
装置に関する。

従来の技術近年、電子楽器にはディノタル技術による楽音合成方式
が導入されて、合成音の品質の向上か著しく、また、入
力方法としても鍵盤や管楽器形状のもの、あるいはギタ
ー形状のものなと多様化してきている。楽音合成方式と
しては、自然楽器の楽音波形をそのまま記憶しておいて
、再生すべき音高に比例した速度で再生するいわゆるＰ
ＣＭ方式に準した方式が多く使用されているが、自然楽
器の実際の発音形態に対応した楽音合成方式も数多く提
案されている。

このような機能は、例えば文献（“○ｎ　　ｔｈｅｏｓ
ｃｉｌｌａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ｍｕｓｉｃａｌｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓ”、Ｍ、Ｅ、ＭｃＩｎｔ−ｙｒｅ　　
Ｒ，Ｔ、Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ　　Ｊ、Ｗ。

ｏｄｈｏｕｓｅ共著、　　　　Ｊ、Ａｃｏｕｓｔ、Ｓｏ
ｃ、Ａｍ　　７４（５）、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　　１９８
３ｐ１３２５−ｐ１３４５記載）に詳述されている。

以下、図面を参照しながら上述の楽音合成装置について
説明する。

第１２図は従来の楽音合成装置の構成を不すものである
。第１２図について説明する前に、第９図〜第１１図を
参照しながら、原理について説明する。

第９図は、クラリネットの断面図を示す。第９図におい
て左端Ａはマウスピースに対応しており、そのリード部
分を口腔圧力ｑ、を有する口によって覆われているもの
とする。なお、全ての１・−ンホールは塞がれているも
のとする。口腔圧力ｑ、とリード直下の管内圧力ｑとの
圧力差によって、リード付近には流速ｆか発生する。流
速ｆは管内の特性インピーダンスＺを介して、進行波圧
力ｑ０（＝ｆ＠ｚ）を形成する。進行波圧力ｑ０は、第
９図の左端Ａから右端Ｂ（開口端部）まで進行した後に
、右端Ｂにおいて、放射及び反射が起きる。反射波圧力
ｑ、は、進行波圧力ｑ０と、第１１図に示すような反射
係数ｒ　（ｔ）とを畳み込み演算することによって得る
ことができる。反射波圧力ｑ４は、管内を右端Ｂから左
端Ａへ進行し、リード直下の管内圧力ｑ　（”Ｑｏ＋Ｑ
：）が変動することによって、第１０図のような関係か
ら口腔圧力ｑ０と管内圧力ｑとから決まる流速ｆがリー
ト付近に発生することとなる。上述の動作を繰り返すこ
とにより、クラリネットの発音が縁り返されることとな
る。

第１１図の反射係数ｒは、クラリネットが４分の１波長
管であることから、出力する音萬の時間周期をＴとする
と、左端Ａから右端Ｂ１　　更に、右端Ｂにおける反射
によって、右端Ｂから左端Ａまでの往復経路に相当する
時間長Ｔ／２のところに反射のピークか集中しているこ
とがわかる。

第１０図は、リード直下の管内圧力ｑと口腔圧力ｑ、と
流速ｆとの関係を示している。第１０図のｑ、は、リー
ドの復元力に打ち勝ってリードとマウスピースの隙間を
閉じるために必要とされる圧力に対応するものである。

第１２図において、１２０は駆動部、１２１は変換部、
１２２は遅延部、１２３はキーオン処理部である。

以上のような構成要素によりなる楽音合成装置について
以下その動作を説明する。

まず、楽音合成装置に出力すべき楽音の音高を指示する
ノート信号と、発音のタイミングを指示するキーオン信
号と、出力楽音の強さを指示するタッチ信号とが入力さ
れると、キーオン処理部１２３は、キーオン信号のオン
に対応して、遅延部１２２に対してリセット信号を出力
し、所定時間（Ｔｒ）経過後に、各部に対してオン信号
を出力し、各部の動作か開始される。駆動部１２０は、
出力する楽音かピアノなどのバーカンシブ音のときには
イニンヤルタッチ、クラリネットなどのノンパーカッツ
ブ音のときにはアフタータッチのいずれかのデータｑ、
をキーオン処理部１２３から出力されるオン信号がオン
の間出力し、オン信号がオフのときには零値を出力する
。変換部への駆動入力であるデータＱａを、駆動部出力
として適当な値とするためにスケーリングをしてもよい
。

変換部１２１は、例えば第１３図のように構成すること
ができる。第１３図において、１３０はＦ　（ｑ）テー
ブル、１３１は乗算器、１３２と１３３は加算器である
。以上のような構成要素によりなる変換部１２１は直前
に出力した進行波圧力ｑｏと遅延部１２２から出力され
る反射波圧力ｑは加算器１３３によって加算されてリー
ド直下の管内圧力ｑが出力される。Ｆ　（ｑ）テーブル
１３０は第１０図の関係にしたかつて、入力される管内
圧力ｑに対応する流速ｆを出力する。

Ｆ　（ｑ）テーブルから出力される流速ｆは、乗算器１
３１において、管の特性インピーダンスＺと乗算された
後に加算器１３２において反射波圧力ｑ１と加算されて
進行波圧力ｑ０として出力される。

遅延部１２２は、例えば第１４図のよう（こ構成するこ
とかできる。第１４図において、１６０は反射係数発生
部、１６１〜１６３は単位遅延器、１７１〜１７４は乗
算器、１６５は累算器である。

反射係数発生部１６０は、クラリネットの管形状に基づ
いて算出された第１１図に示すような反射係数ｒ（ｔ）
を基準クロックＣｆ［Ｓｅｃコ毎にサンプリングするこ
とによって得られる反射係数ｒ（ｉ・Ｃｆ）を（１）式
に基づいて演算した後に、１７１〜１７４の各乗算器へ
供給するものとする。但し、　ｉ＝Ｏ，Ｌ　　２．　　
・・・、　２Ｎとする。

ｒ（ｉ　−Ｃｆ　）＝Ａ−Ｅｘｐｆ−Ｂ（ｉ　　Ｃｆ−
Ｔ）ｆ・・・（１）ここで、ＡとＢとは想定する管の反射特性によって決定
される定数である。Ｎは、１６１〜１６３に示す単位遅
延器の個数であり、１７１〜１７４の乗算器の個数より
もまたけ少ない正整数である。ここで、クラリネットの
出力する最低音を例えば１００［Ｈｚコとし、基準クロ
、りＣｆの周ｅ数を２０　［ＫＨｚｌ　とする、！：、
Ｎは４分）１ｅ。

長管の場合には（２）式のように決定することかできる
。

２　　　　１００［）１ｚコ＝１００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（２）遅延部１２２において、ノート＜ｚ号に対応し
た音高音を形成するための係数制御は、反射係数発生部
１６０において、各ノート信号（音高）つまり時間Ｔに
対応させて、（１）式により得ろれるｒ（ｌ＠Ｃｆ）を
演算発生した後に、これらを乗算器１７１〜１７４へ供
給することとなる。

以上のようにして第１４図の端子１８０，１８１から出
力される進行波圧力ｑ０と反射波圧力ｑは、それぞれデ
ジタル楽音として、あるいは、変換部１２１への入力と
して出力されることとなる。

なお、第１４図の端子１８０から出力されるデジタル楽
音を早く出力させるために、端子１８５から出力をさせ
てもよい。

他のバイオリンの弦、パイプオルカン等の楽器について
も上述したクラリネットと同様の動作によって楽音が合
成される。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような構成では音高に対応して算
出される反射係数によって楽音が合成されるために、管
楽器における替え指、または弦楽器における弦の使い分
けのように、同一音名（同一音程）の音を演奏するため
の演奏形態が複数存在する場合においても、複数の演奏
形態それぞれに対応した音色の楽音が合成できないとい
う問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するため、同一音名の音を演
奏するための演奏形態か複数存在する場合において、そ
れらの演奏形態に対応した音色変化を実現できる楽音合
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この目的を達成するために、本発明の楽音合成装置は、
駆動入力と反射波成分とから進行波成分を出力する変換
部と、入力される進行波成分に対して反射波成分を演算
出力するフィルタと、各音高に存在する複数の演奏形態
それぞれに対応した複数の反射係数セットを記憶するメ
モリと、出力すべき演奏形態指示に対応した反射係数セ
ットをメモリから読み出しフィルタへ供給する反射係数
供給部とから構成される。

作用この構成によって、反射係数供給部は入力される演奏形
態を指示する形態信号に従って、対応する反射係数セッ
トの中から反射係数をフィルタにおける演算に必要なタ
イミングで順次にメモリから読みたしフィルタへ供給す
るので、フィルタは変換部から出力される進行波成分に
対して演奏形態個有の反射係数セットにより反射波成分
の演算が行われることとなる。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第４図に本発明の実施例における楽音合成装置と入力装
置との関係を示す。

第４図において、１は入力装置、２は楽音合成装置であ
る。入力装置１は、第５図のように構成される。

第５図において、１０は音高指示部、１１は発音センス
部、　１２はタッチセンス部、１３は信号形成部である
。発音センス部１１は、楽音出力のオンオフをセンスし
、キーオン信号として出力する。また、タッチセンス部
１２は出力する楽音の強弱をセンスし、タッチ信号を出
力するか、これらは公知の技術である。

本実施例においては、たて箔状の入力形態を有する音高
指示部１０について説明する。

第１表に示すような運指に従うたて箔状の入力形態を音
高指示部１０が膏しているとする。音高指示部１０は、
第２図に示すような管楽器状に配置されたスイッチ群Ｓ
　ｒ　　（ｊ”　Ｌ　　２＋　　・・・、　８）の入カ
バターン（運指表のパターン）を信号形成部１３へ送出
する。信号形成部１３は、入力されるスイッチ群Ｓｉの
パターンと第１表に記載されている運指表のパターンと
を比較し、一致したパターンの形態ナンバとノートナン
バとをそれぞれ形態信号とノート信号として出力する。

ここて、各スイ、チＳｉは、第３図に示すようにして構
成することかできる。第３図において、１０１は押しボ
タン、１０２と１０３は押しボタン復帰用ハネ、１０４
と１０５とは管楽器形態本体のきょう体である。各スイ
ッチＳｉの出力は、押しボタン１０１が押さえられてい
るときにＯＦ　Ｆ、　　押さえられていないときにＯＮ
となり、第１表ではこの○ＦＦとＯＮをそれぞれ・と○
印として示している。

第表第１表では、音名Ｃ３について、形態ナンバ８と９との
２種類の替え指の状態が存在していることが分かる。

以上のような入力装置１から出力されるノート信号、形
態信号、タッチ信号、キーオン信号によって制御される
楽音合成装置２について以下に述へる。

第１図は本発明の一実施例の楽音合成装置のブロック図
である。第１図において、２２０は遅延部、２０１はメ
モリである。なお、駆動部１２０゜変換部１２１、キー
オン処理部１２３は従来例の構成と同じものである。

第６図は本発明の一実施例における遅延部２２０とメモ
リ２０１とのブロック図を示す。

第６図において、２００は反射係数供給部、２０２はフ
ィルタである。なお、単位遅延器１６１〜１６３１乗算
器１７１〜１７４．累算器１６５などは従来例の第１４
図のものと同じものである。

本実施例においては、管楽器のマウスピース部でインパ
ルスを発生し、その楽器の各音高（＝Ｊ）の運指ごとに
対応して得られる応答をマウスピース部テ測定シ、この
インパルスレスポンスｒ、（ｔ）を従来例と同様にして
サンプリングし、そのまま反射係数セットとしてメモリ
２０１に記憶させておくものとするが、インパルスレス
ポンスでな〈従来例と同様にして理論的に算出したもの
を記憶させておくようにしてもよい。なお、ここでは各
反射係数セットの係数の数Ｈは、すくなくとも、出力す
る楽器の最低音を合成するために必要な単位遅延の個数
を（Ｋ−１）個とするときのＫに等しいものとする。こ
こで、最低音を合成するために必要とする単位遅延の個
数（Ｋ−１）個のＫは、最低音の音高ＦＬ［）ｆ−ｚｌ
と基準クロックＣｆ［Ｓｅｅコとから（３）式のような
関係となる。

に≧に＝　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）
ＦＬ・Ｃｆ上記には、サンプリング周期を基準クロックＣｆとする
ときの最低音の１周期語長であり、第８図の実線に示す
ようにｋを中心として反射係数が分布するので、Ｋは２
に程度が望ましい。一般に反射係数の特性は、音高が上
昇するにつれて、第１１図破線に示すようにその形状が
移動することとなる。

上述のようにして得られるたて笛の各演奏形態に対応す
る反射係数に個を１５個の演奏形態についてメモリ２０
１に記憶させておくものとする。

形態信号Ｊ（Ｊ＝１．２．　　・・・、１５）か入力さ
れると、反射係数供給部２００は、形態ナンバの小さな
順にメモリ２０１に記憶されている反射係数セットの中
から、形態信号Ｊに対応する記憶開始アドレスＡＤＲ５
Ｏ（＝、１Ｋ−Ｋ［Ｗｏｒｄ］）からにワード分の反射
係数を読みたし、第６図の１７１〜１７４に示すような
に個からなる乗算器それぞれに対応する反射係数を送出
するので、形態信号ごとに異なる特性の反射波圧力ｑ、
か演算出力される。

以下に、反射係数供給部２００について説明する。第７
図に本発明の一実施例における反射係数供給部２００の
ブロック図を示す。

第７図において、２５０〜２５２はレジスタ、２５３は
スイッチ、２５４はインバータ、２５５はアンド回路、
２５６は乗算器、２５７〜２６０は加算器、２６１〜２
６３はラッチである。なお、第８図に反射係数供給部の
各部のタイミングチャートを示す。

反射係数供給部２００の各部は、基準クロ・、りＣｆと
レジスタ２５２のゼロフラグとから決まるアンド回路２
５５の出力をクロックの整数倍のタイミングで動作をす
るものとする。

まず、キーオン処理部１２３からリセット信号が出力さ
れると、レジスタ２５０は、入力される形態信号Ｊから
上述のようにして加算器２５７と乗算器２５６とによっ
て演算されたＡＤＲ８Ｏか初期設定される。同時に、レ
ジスタ２５１とレジスタ２５２にはそれぞれ“０′°と
“（Ｋ−１）”′とが初期設定される。また、ラッチ２
６１〜２６３もＯに初期設定される。メモリ２０１は、
レジスタ２５０から出力されるアドレスデータＡＤＲ８
Ｏに対応する反射係数“Ｄ　Ａ　Ｔ　Ａ　Ｏ”を出力す
る。スイッチ２５３は、反射係数“ＤＡＴＡＯ”をレジ
スタ２５１の内容が示す値“０′′に従って第０番目の
ラッチ２６１へ送出し、ラッチ２６１の内容“ＤＡＴＡ
Ｏ”はフィルタ２０２の第０番目の乗算器１７１で有効
な乗算値として使用される。このとき、フィルタ２０２
内の他の乗算器は２６２〜２６３のラッチの内容が“０
パとなっているため有効な演算としては機能しないこと
になる。キーオン処理部１２３が基準クロックのタイミ
ングにしたがってオン信号を出力すると、クロックＣＬ
Ｉに従って、レジスタ２５０とレジスタ２５１はそれぞ
れまたけ増加して“ＡＤＲ８１””と“１”とになり、
また、レジスタ２５２はまたけ減少して“（Ｋ−２）”
”となる。上述と同様の動作によって、メモリ２０１の
アドレスＡＤＲ８１に記憶された反射係数“ＤＡＴＡｌ
“が、今度はラッチ２６２へ送出されて、う、チ２６２
の内容“ＤＡＴＡｌ”はフィルタ２０２の第１番目の乗
算器１７２で有効な乗算値として使用されることとなる
。以上の動作を繰り返して、メモリ２０１の°“ＡＤＲ
３（Ｋ−１）”に記憶された°“ＤＡＴＡ（Ｋ−１）“
がフィルタ２０２の第（Ｋ−１）番目の乗算器１７４で
を効な乗算値として使用されるようになると、レジスタ
２５２の値がＯとなりゼロフラグが出力されるため、ア
ンド回ｙＪ２５５からクロックが出力されないようにな
るので、反射係数供給部２００は、その供給動作を終了
する。

以上のようにして、反射係数供給部２００は、基準クロ
ックに準じたタイミングによって、反射係数を演算に必
要な順に、順次に送出されることとなる。

駆動部１２０と変換部１２１とキーオン処理部１２３と
単位遅延器１６１〜１６３と乗算器１７１〜１７４とは
、従来と同様の動作によって基準クロックに対応した楽
音合成がなされるので、端子１９０からは、音高により
異なる反射波の影響を受ける楽音か出力されることとな
る。

端子１９５からデジタル楽音出力をとるようにすれば、
キーオン信号かオンになってから、１基準クロツクの遅
れたけで発音を開始することができる。

本実施例では、形態信号により、反射係数セットを選択
するようにしたが、形態信号を音高毎のハリエーンヨン
としてとらえて、ノート信号と形態信号とから反射係数
を選択するようにしてもよい。すなわち、ノート信号り
とその音高に対するバリエーションを表す形態信号ｊと
から、記憶開始アドレスＡＤＲ８Ｏを（４）式のように
決定することもできる。

ＡＤＲ８０＝（Ｌ−１）Ｋ＋（ｊ　−１）Ｋ・・・（４
）ここで、ｊはその音高に対する演奏形態の数をＧとす
ると、１からＧまでの値をとるものとする。

ギター形状の入力形態の場合にも同様にして、例えば、
第１弦と第２弦と第３弦とで出力可能な同一音高の楽音
に関して、その演奏形態に対応する反射係数をそれぞれ
使い分けることによって弦ごとに特徴的な音色を選択出
力することか可能である。

なお、本実施例では管楽器の例について説明したか、弦
楽器や打楽器なとの他の楽器についても同様にして、そ
の楽器において各演奏形態を形成する状態ごとに、駆動
点にインパルスを入力したときに、駆動点に反射してく
るインパルスレスポンスをその演奏形態に対応する反射
係数セ、１・とじてメモリに記憶させておくことにより
構成することができる。

また、本実施例では入力装置１において、運指形態から
音高が判定されるようにしたが、同−運指形態異音色の
場合にも、オクターブスイッチ入力を設けて第１表を変
形することにより、指示された音高と演奏形態に固膏の
反射係数を特定することもできる。

以上のように本実施例によれば、形態ナンバに対応して
、実際の楽器と同様に反射特性の異なる反射係数セット
をメモリから同じ数たけ読み出すようにしたので、反射
係数セットを計算することなく、楽器ごとに適切な段数
のフィルタによって、高音質の楽音を合成することが可
能となる。

また、本実施例では、フィルタを非巡回型のフィルタと
して構成したので、基準クロックに対応するタイミング
ごとに反射係数を１個ずつフィルタへ送出してもフィル
タでの演算タイミングに支障をきたすことなく楽音合成
が可能となる。

さらに、本実施例によれば形態ナンバとそれに対応する
形態信号によって、反射係数セットを選択するようにし
たため、選択した反射係数セットにより自動的にその音
高を決定することができる。

発明の効果本発明は楽器の発音機構に基づいて、進行波成分と反射
波成分とを演算発生しなから楽音合成する場合に、楽音
の替え指または替え弦なとの同一音高でも異なる演奏形
態に対応して楽器の反射特性を予めメモリに記憶してお
くようにしたので、出力楽音の演奏形態に対応してメモ
リから読みだした反射係数により、反射波成分を演算す
るたけで、自然楽器と同様の音色を簡単に実現すること
ができる。

また、本発明は楽器の発音機構に基づいて、進行波成分
と反射波成分とを演算発生しながら楽音合成する場合に
、複数の反射係数を反射波演算に必要な順に供給するよ
うにしたので、発音指示に対する発音開始の時間遅れを
非常に小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の楽音合成装置のブロック図
、第２図はたて缶状の入力形態を有する音高指示部の側
面図、第３図は同じくそのスイッチの断面図、第４図は
本発明の一実施例における楽音合成装置と入力装置とを
示すブロック図、第５図は同しく入力装置のブロック図
、第６図は同じく遅延部とメモリの構成を示すブロック
図、第７図は同しく反射係数供給部の構成を示すブロッ
ク図、第８図は同じく反射係数供給部の動作タイミング
図、第９図はタラリ不ツトの断面図、第１０図はリード
近傍の圧力と流速の特性図、第１１図は従来例の反射係
数特性図、第１２図は従来例の楽音合成装置のブロック
図、第１３図および第１４図は同しくその各部のブロッ
ク図である。１・・・入力装置、　　２・・・楽音合成装置、　　１
０・・・音高指示部、　　１１・・・発音センス部、　
　１２・・・タッチセンス部、　　１３・・・信号形成
部、　　１２０・・・駆動部、　　１２１・・・変換部
、　　１２３・・・キーオン処理部、　　２００・・・
反射係数供給部、　　２０１・・・メモリ、　　２０２
・・・フィルタ、　　２２０・・・遅延部、１３０・・
・Ｆ　（ｑ）テーブル。代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２８第図第臥第図！入力装置 −献拓図第１！！！！！１第１３図りｍ− 女換邪／’２１ｍ＝」

Claims

【特許請求の範囲】

（１）駆動入力と反射波成分とから進行波成分を出力す
る変換部と、入力される前記進行波成分に対して前記反射波成分を演
算出力するフィルタと、替え弦または替え指など演奏形態により異なる複数の反
射係数セットを記憶するメモリと、演奏形態指示に対応
した前記反射係数セットを前記メモリから読み出し前記
フィルタへ供給する反射係数供給部とにより構成される
楽音合成装置。
（２）駆動入力と反射波成分とから進行波成分を出力す
る変換部と、入力される前記進行波成分に対して前記反射波成分を演
算出力する非巡回型のフィルタと、替え弦または替え指
など演奏形態により異なる複数の反射係数セットを記憶
するメモリと、演奏形態指示に対応した前記反射係数セ
ットを構成する複数の反射係数を前記メモリから読み出
し前記フィルタへ供給する反射係数供給部とにより構成
され、前記反射係数供給部は前記複数の反射係数は前記フィル
タにおける演算に必要とされる反射係数から順次に前記
フィルタへ出力するようにしてなる楽音合成装置。
（３）フィルタの有する単位遅延の個数（Ｋ−１）のＫ
と前記反射係数セットを構成する複数の反射係数の個数
Ｈとを等しくしてなる請求項２記載の楽音合成装置。
（４）反射係数セットを構成する複数の反射係数の数を
一定にしてなる請求項１または２記載の楽音合成装置。