JPH04130496A - 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 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、電子楽器にはディジタル技術の楽音合成方式が導
入されて、合成音の品質の向上が著しく、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
状のものなど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ＰＣＭ
方式に準じ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（“Ｏｎ　　Ｔｈｅ　　
０ｓｃｉ］１ａｔｉｏｎ　　Ｏｆ　　Ｍｕｓｉｃａｌ　
　　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｌｌ、　　Ｍ、Ｅ、Ｍｃｉ
ｎｔＹｒｅ、　　Ｒ，Ｔ、Ｓｃｈｕｍａ　Ｃｈｅｒ＋　
　　　Ｊ、Ｗｏｏｄｈｏｕｓｅ共著、　　Ｊ、Ａｃｏｕ
ｓｔＳｏｃ、Ａｍ、　　７４（５）、　　Ｎｏｖｅｒｎ
ｂｅｒ　　　１９８３、ｐ１３２５〜Ｔ）１３４５記載
）に詳述されている。

以下、図面を参照しながら上述したような従来の楽音合
成装置について説明する。

第４図は従来の楽音合成装置の構成を示すものである。

第４図について説明する前に、第６図〜第８図を参照し
ながら、その原理について説明する。

第６図（Ａ）は、クラリネットの断面図を示す。

第６図（Ａ）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、全てのトーンホー
ルは塞がれているものとする（簡単のためトーンホール
はり、　　Ｅ、　　Ｆの３点のみに存在するものとする
。）。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が発生する。流速ｆ
は管内の特性イノピーダンス２を介して、進行波圧力ｑ
、（：ｉｚ）を形成する。進行波圧力ｑ０は、第６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において放射および反射が起きる。反射波圧力ｑ１は
、進行波圧力ｑ０と、第８図に示すような反射係数ｒ（
１）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ｑ１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（＝ｑ０＋ｑｌ）が変動す
ることによって、第７図のような関係から口腔圧力ｑ、
と管内圧力ｑとから決まる流速ｆがリード付近に発生す
ることとなる。上述の動作を繰り返すことにより、クラ
リネットの発音が繰り返されることとなる。

第８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、出力する楽音の音高の時間周期をＴと
すると、左端Ａから右端Ｂへ、さらに右端Ｂにおける反
射によって、右端Ｂがら左端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が集中している
ことがわかる。

なお、出力する楽音をサンプリング周波数ｆｓでサンプ
リングした場合、（１）ｉ式の関係が成り立つ。

Ｔ／２＝Ｎ／ｆｓ　　　　　　　　　　　　　　・・・
（１）第６図（Ｂ）は、第６図（Ａ）の管内の音圧の伝
搬動作をディジタル的に考えるための図で、Ｎ段のシフ
トレジスタと考えればよい。１・−ンホールＤ。

Ｅ、　　Ｆを全て塞いだ状態では、第６図（Ａ）の左端
のマウスピースで発生した音圧ｑｏは第６図（Ｂ）のシ
フトレジスタの１段目（左端上）に入力され、サンプリ
ング周期をＴｓとすると、ＴＳごとに右にシフトし、１
７２時間経過後にＮ段目からＱｉとして出力される。ト
ーンホールＦに対応する点がＭ段目である。

第６図（Ｃ）は、第６図（Ｂ）のシフトレジスタをメモ
リに置き換えた図である。トーンホールＤ。

Ｅ、　　Ｆを全て塞いだ状態では、このメモリのアドレ
スは値１からＮの間をサイクリックにインクリメントさ
れる。アクセス順序は、まず１段目のアドレスからＱｉ
を読み出し、つぎに１段目のアドレスにＱｏを書き込む
。そしてアドレスを一つインクリメントし、２段目のア
ドレスに対しても同様のアクセスを行う。この動作をア
ドレス１からＮまでサイクリックに行うことにより、第
６図（Ｂ）のシフトレジスタと同様の動作が実現できる
。

第７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７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４図において、４１は入力データｑｍとデータＱｉに
基づきｑＯを算出する変換部、４２はオールパスフィル
タ４５から送出されたデータの高域成分を遮断するロー
パスフィルタ、４３はローパスフィルタ４２から送出さ
れたデータの反転を行う反転器、４４は変換部４１から
送出されたデータｑＯの一時記憶を行うメモリ、４５は
オールパスフィルタ、４６はメモリ４４のアドレス指定
を行うとともにオールパスフィルタ４６のフィルタ係数
Ｃを送出することにより記憶部４８に−時記憶されるデ
ータｑｏの記憶時間、すなわち遅延時間を決定する記憶
時間設定部である。なお、変換部４１とローパスフィル
タ４２と反転器４３をまとめてデータ加工部４７とする
。また、メモリ４４とオールバスフィルタ４５をまとめ
て記憶部４８とする。

第５図は変換部４１の回路図を示すもので、第５図にお
いて、５１は第７図に示すｆ、！：ｑの関係を記憶した
テーブル、５２はテーブル５１から読みたされたデータ
ｆと管内の特性インピーダンスに相当する２との乗算を
行う乗算器、５３は乗算器５２から送出されたデータと
ｑｌとの加算を行う加算器、５４はｑＯとｑｉの加算を
行う加算器である。

ここで、第４図に示す従来の楽音合成装置の構成を、第
６図で説明したクラリネットの発音原理に対応させて説
明する。

変換部４１はＩＪ　−トの振舞いを実現する回路であり
、ｑｍとｑｉとｑｏにより新たなｑｏを算出する。記憶
部４８はｑＯが右端Ｂで反射し、ｑｉとして再び左端Ａ
に戻るまでの遅延を実現する回路である。第６図の往復
経路Ａ→Ｂ→Ａの伝搬遅延時間をＴ／２　（Ｔは出力す
る楽右の音高の時間周期）、メモリ４４の語長をＬｌ　
　オールバスフィルタの位相遅延をＤｆｌ、ローパスフ
ィルタ４２の位相遅延をＤい　寸ンプリング周波数をｆ
ｓとすると、（２）式の関係が成り立つ３３ Ｔ／２＝　（Ｌ＋Ｄ口＋Ｉ）ｔ）　／　ｆ　ｓ　　　　
・・・（２）なお、オールバスフィルタ４５の伝達関数
Ｈ９は（３）式で、ローパスフィルタ４２の伝達関数Ｈ
５は（４）式で示される。もっともこれらのフィルタは
いかなる構成のものを用いてもよい。

）（ａ＝（ｃ＋ｚ”）／（１＋ｃ　ｚ−１）　　　・＝
（３）ＨＬ：　１　＋　ｚ−’／　２　　　　　　　　
　　　・・・（４）（３）式および（４）式からオール
バスフィルタ４５の位相遅延Ｄｇ、ローパスフィルタ４
２の位相遅延ＤＬは第５式および第６式で与えられる。

Ｄａ＋（ｆ−ｃ）／　（１＋ｃ）　　　　　　−（５）
Ｄ、＝１／２　　　　　　　　　　　　　　・・・（６
）変換部４１と反転器４３において位相遅延がないもの
とすると、（２）式から記憶部４８およびデータ加工部
４７で構成されるループ状の回路の語長はＬ＋Ｄａ＋Ｄ
Ｌとなり、また、（１）式からＩ、＋Ｄ　ｐ　＋　Ｄ　
Ｌは出力される楽音の１／２波長分のす〉・プル数Ｎに
等し５いことがわかる。なお、第６図〜第８図における
原理説明においては、ｑｏの反射動作をｑｏと第８図の
反射係数の畳み込み演算としたが、第４図に示す楽音合
成装置においては簡単のため、ローパスフィルタ４２と
反転器４３を用いて実現した。すなわち、第８図におけ
る反射係数ｒは時刻０からＴの間において分布するもの
ではなく、時刻Ｔ／２においてパルス状（値：１）に存
在するものとした。

以上のように構成された楽音合成装置について、以下そ
の動作について説明する。

第５図において、直前に出力したｑＯとＱｉは加算器５
４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５１は第７図の関係にしたがっ
て、久方される管内圧力ｑに対応する流速ｆを出力する
。

Ｆ（ｑ）テーブル５１から出力される流速ｆ　（ｔ、乗
算器５２において、管の特性インピーダンス２と乗算さ
れた後に加算器５３において反射波圧力ｑｉと加算され
ｔ′進行波圧力ｑ　Ｑと１−５ζ出力される。ｑＯはメ
モｌｊ　４．４に書き込まれり、／ｆｓの遅延時間の後
にメモリ４４から読みたされ、２−パルスフィルタ４゜
５に入力される。ここでオールバスフィルタ４５の目的
は（２）式および（５）式かられかるように出力データ
の音程の制御をする場合、メモリ４４だけでは整数語長
しの制御し２かできない、すなわち音程の可変精度が悪
いので、音程の可変精度を向上させろために設けられた
回路である。音程の制御は記憶時間設定部４６から送出
されるメモリ４４のアドレスとフィルタ係数Ｃによって
行う。所望の音程に対応してり、　　Ｄ、が決定される
が、Ｌによりメモリ４４のアドレスは例えば０番地から
Ｌ−１番地をサイクリックに更新される。この動作によ
りメモリ４４における遅延時間はＬ／ｆｓとなる（詳細
な動作説明は第６図（Ｃ）を用いた上述の説明通りであ
る）。また（５）式によりフィルタ係数Ｃによりオール
パスフィルタ４５の遅延時間ＤＱ／ｆ　ｓが決定される
。またローパスフィルタ４２の位相遅延り、／ｆｓは（
６）式かられかるように１／２と固定値である。このこ
とから（２）式に示すように出力データの音程が記憶時
間設定部により決定される。

サテ、オールバスフィルタ４５から送出されたデータは
ローパスフィルタ４２および反転器４３を介して変換部
４１に入力される。以上の動作が出力データの１サンプ
ルを合成するための動作である。

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従来の構成では、自然楽器の
ような音程制御ができないという問題点があった。その
理由を第６図を用いて説明すると、第６図（Ａ）のり、
　　Ｅ、　　Ｆ点のトーンホールをすべて塞いだ状態で
発音動作させると、管内の音圧は第６図（Ｂ）のシフト
レジスタ内をデータがシフトするような動作をする。こ
の動作は第６図（Ｃ）のメモリにおいてはＮ段のメモリ
のアドレスの１〜Ｎをサイクリックにアドレスしながら
データの読み出し、書き込みを行った動作と等価である
。それに対して、Ｆ点のトーンホールのみを解放状態に
して音程を変化させた状態は、第６図（Ｂ）においてＭ
段目のレジスタからＮ−Ｍ＋１段目のレジスタにバイパ
スした状態と考えることができる。

これを第６図（Ｃ）に対応させると、Ｍ段目のアドレス
からＮ−Ｍ＋　１段目のアドレスにジャンプした状態と
なる。しかるに従来の楽音合成装置においてはメモリ４
４をサイクリックにしかアドレスすることしかできない
ため、メモリ４４から取り出したデータと自然楽器の管
内の状態とが対応せず、自然楽器と同様の音程制御がで
きなかった。

本発明は上記問題点を解決するため、自然楽器のような
音程制御が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、
メモリアドレスの更新を行うアドレス更新部と、ある設
定値と前記加算器が算出したメモリアドレスの比較を行
い、さらに比較結果に基づき前記アドレス更新部の動作
の制御を行うアドレス更新制御部とを有する記憶時間設
定部を備えたものである。

作用 この構成によって、例えば第６図においてＦ点のトーン
ホールを解放状態にした場合はＦ点に相当するアドレス
Ｍとアドレス更新部が算出するアドレスとの比較を比較
部で逐次実行し、アドレスがＭに達した時点で比較部は
アドレスＭからアドレスＮ−Ｍ＋　１にジャンプさせる
ように制御を行う。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の実施例の楽音合成装置を示す。

第１図において、１１は記憶時間設定部であり、その他
のブロックは第４図に示す従来の楽音合成装置と同様で
ある。

第２図は記憶時間設定部１１を示すものであり、２１は
メモリ４４のアドレスを保存するレジスタ、２２は値０
０１ｈまたは値ＦＦＦｈを加算器２３に入力するマスク
回路、２３は加算器、２４は加算器２３の出力をラッチ
するラッチ、２５はラッチ２４の出力とセレクタ２７の
出力とを比較し、比較一致したときにＴフリップフロッ
プ２６をセントする比較器、２６はＴフリップ７０ツブ
、２７はＬ／２の整数部ｊｎｔ（１，／２）または値１
００ｈの選択を行うセレクタ、２８は加算器２３のＡ入
力、またはラッチ２４の出力の選択を行い選択結果をメ
モリ４４にアドレスとして送出するセレクタ、２９はＴ
フリップフロップ２６の出力値とレジスタ２１の出力値
ＭＳＢとの排他的論理和をとるＸＯＲゲートである。な
お、レジスタ２１、マスク回路２２．加算器２３．ラッ
チ２４゜セレクタ２８．ＸＯＲゲート２９をまとめてア
ドレス更新部１０１とする。また比較器２５．Ｔフリッ
プフロップ２６．セレクタ２７をまとめてアドレス更新
制御部１０２とする。

以上のように構成された楽音合成装置について、第１図
、第３図を用いてその動作を説明する。

基本的な動作は上述した従来の楽音合成装置と同様であ
るので、ここでは相違点のみについて説明する。従来の
楽音合成装置の記憶時間設定部４６のメモリ４４のアド
レッシング方法は、所望の音程からますＬを決定し、０
番地からＬ−１番地をサイクリックにアドレッングする
ものであった。これに対して記憶時間設定部１１はメモ
リ４４のメモリマツプを第３図に示すように全語長を２
００ｈからなるとし、Ｌ二４２ｈが指定されたとすると
、Ｌ／２の整数部である１ｎｔ（Ｌ／２）、すなわち値
２１ｈが第２図のセレクタ２７の六入力に入力されるこ
とにより、０００ｈ番地→０２０ｈ番地→１２０ｈ番地
→１００ｈ番地をサイクリックにアドレッシングを行う
。なお、このときオールバスフィルタ４５での位相遅延
り。は（７）式％式％ また、オールパスフィルタ４５のフィルタ係数ｃは（３
）式および（７）式から算出できる。

以上の動作を第２図を用いて詳細に説明する。

発音開始時にｋｏｎ信号がレジスタ２１とＴフリップフ
ロップ２６のリセット入力に入力され、出力値を値Ｏに
する。このとき、所望の音程に対応する値ｉｎｔ　（Ｌ
／２）（第３図の例では値０２１ｈ）がセレクタ２７の
Ａ入力に、またメモリ４４の全語長である値２００ｈを
２で割った値１００ｈがセレクタ２７のＢ入力に入力さ
れる。また、Ｔフリップフロップ２６の出力値はｋｏｎ
信号により“ｌｏｗ”となるが、この出力値がセレクタ
２７．２８のセレクト信号およびマスク回路２２の制御
信号として入力される。なお、セレクタ２７．２８のセ
レクト信号が“ｌｏｗ”のときＡ入力が選択され、セレ
クト信号が“’ｈ　ｉ　ｇｈ’”のときＢ入力が選択さ
れるものとする。またマスク回路の制御信号が“ｌｏｗ
”のとき、値００１ｈがマスク回路２２から加算器２３
のＢ入力へ出力され、制御信号が“ｈｉｇｈ”のとき、
値ＦＦＦｈがマスク回路２２から加算器２３のＢ入力へ
出力されるものとする。レジスタ２１の出力値のＭＳＢ
はＸＯＲゲート２９により制御される。発音開始直後は
Ｔフリップフロップ２６の出力値が１１０ｗ″であるの
でＸＯＲゲート２９はスルーと考えてよい。従ってレジ
スタ２１の出力値はそのまま加算器２３のＡ入力に入力
されるとともにセレクタ２８のＡ入力に入力される。こ
のときセレクタ２８のセレクト信号は“ｌｏｗ”である
のでＡ入力（値０００ｈ）がメモリ４４のアドレスとし
て出力される。マスク回路２２の制御信号は“１ＯＷ”
であるので出力値は値００１ｈである。従って、加算値
２３においては、レジスタ２１の出力値ｏｏｏｈとマス
ク回路の出力値００１ｈとが加算され、加算結果００１
ｈがラッチ２４にラッチされ、次のサンプリング周期で
レジスタ２１にセットされる。この動作を繰り返し行う
ことによりメモリ４４のアドレスがｏｏｏｈ〜０２０ｈ
の間を１ずつインクリメントされることになる。そして
ラッチ２４の出力値が０２１ｈになったときに比較器２
５の比較一致信号がＴフリップフロップ２６にセットさ
れ、セレクタ２７．２８のセレクト信号およびマスク回
路の制御信号が“ｈｉｇｈ”となる。またＸＯＲゲート
２９はそれまでスルーであったのが反転動作に移行する
。ラッチ２４の出力値０２１ｈがレジスタ２１に入力さ
れ、ＸＯＲゲート２９によりＭＳＢが反転され値１２１
ｈとなる。マスク回路２２は値ＦＦＦｈ　（値−１）を
出力し、加算器２３により値１２１ｈと値ＦＦＦｈが加
算され、加算結果１２０ｈがう・ンチ２４にラッチされ
るとともにセレクタ２８を介してメモリ４４に値１２０
ｈがアドレスとして出力される。値１２０ｈは再びレジ
スタ２１に保存される。ここでレジスタ２１のＭＳＢ入
力は常に値０に固定されているので、ＸＯＲゲート２９
により加算器２３のＡ入力に入力される値は１２０ｈと
なる。そして次のサンプリング周期でマスク回路２２の
出力値ＦＦＦｈとの加算により、値１１Ｆｈがメモリ４
４に出力される。このようにして、メモリ４４のアドレ
スが１２０ｈ〜１００ｈの間を１ずつデクリメントされ
ることになる。ラッチ２４の出力値が値１００ｈに達し
た時点で比較器２５は比較一致信号をＴフリンプフロソ
プ２６にセットし、セレクタ２７．２８のセレクト信号
およびマスク回路の制御信号が“１０Ｗ“となる。

従って次にメモリ４４に出力されるアドレス値は０００
ｈとなる。以上のことからメモリ４４のアドレスはｏｏ
ｏｈ→００１ｈ→・・・→０２０ｈ→１２０ｈ→１１Ｆ
ｈ→・・・→１００ｈ→０００ｈをサイクリックに更新
されることがわかる。ここで第３図に示すメモリマツプ
と第６図に示すクラリネットの断面図とを対応づけて説
明する。Ａ点に相当する番地を０００ｈおよび】００ｈ
番地、Ｂ点に相当する番地を０ＦＦｈおよびＩＦＦ番地
、Ｆ点に相当する番地を０２０ｈおよび１２０ｈ番地と
し、さらにり、　　Ｅ、　　Ｆ点を全て塞いだ状態は第
３図のメモリの全ての番地を使用しく即ち０ＯＯｈ→０
ＦＦｈ→ＩＦＦｈ→１００ｈをサイクリックにアドレス
）、Ｆ点を開けた状態は第３図のメモリの０２０ｈ番地
から１２０ｈ番地にジャンプさせた、すなわち上述した
動作説明のようなアドレッシング方法をとることにより
、管内の音圧の伝搬動作まで、自然楽器と同様の振舞い
を実現することができる。

以上のように本実施例によれば、第３図に示すように所
望の音程により決定される値りに基づき、メモリ４４の
ジャンプアドレスを制御することにより、より自然楽器
に近い音程制御を実現することができる。

なお、実施例は管楽器の例を用いたが、弦楽器について
も弦の長さをシミュレートすることによって、上記と同
じような効果を出すことかできるものである。

発明の効果 本発明は、所望の音程に応じて前記記憶部内に存在する
メモリのアドレス指定態様を変更する記憶時間設定部を
設けることにより、自然楽器に近い音程制御を実現する
ことができ、その効果は大なるものがある。

【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図は同しく記憶時間設定部１１の回路図、第３図
はメモリ４４のメモリマツプ、第４図は従来例の楽音合
成装置のブロック図、第５図は同じく変換部４１の回路
図、第６図はクラリネットの断面図、第７図はクラリネ
ットのリード近傍の圧力と流速の関係図、第８図はタラ
リ不ノトの反射係数特性図である。 １１・・・記憶時間設定部、　　４７・・・データ加工
部、４８・・・記憶部、　　１０１・・・アドレス更新
部、１０２・・・アドレス更新制御部。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名味 函 若 味 第 図 ｑイ １Ｌ蛭 枢

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力データと記憶部から送出されたデータにと基
   づき記憶部に入力するデータを作成するデータ加工部と
   、 前記データ加工部から送出されたデータを一時記憶する
   記憶部と、 前記記憶部におけるデータの記憶時間を設定する記憶時
   間設定部とを備え、 前記記憶時間設定部が所望の音程に応じて前記記憶部内
   に存在するメモリのアドレス指定態様を変更するように
   してなる楽音合成装置。
2. （２）記憶時間設定部は、 記憶部内のメモリのアドレスを更新するアドレス更新部
   と、 前記アドレス更新部が更新するアドレスと所望の音程に
   対応したパラメータとの比較を行い比較結果に応じてア
   ドレス更新の態様を制御するアドレス更新制御部とを備
   えた請求項１記載の楽音合成装置。