JPH04171496A - Musical sound synthesizer - Google Patents

Musical sound synthesizer

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JPH04171496A
JPH04171496A JP2297956A JP29795690A JPH04171496A JP H04171496 A JPH04171496 A JP H04171496A JP 2297956 A JP2297956 A JP 2297956A JP 29795690 A JP29795690 A JP 29795690A JP H04171496 A JPH04171496 A JP H04171496A
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noise
signal
data
reed
circuit
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Toshifumi Kunimoto
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Abstract

PURPOSE:To cope with an actual noise generating mechanism by providing a noise generating means for generating a noise signal having a predetermined spectrum distribution according to an exciting signal and a noise overlapping means interposed in a predetermined position in a loop circuit to overlap its own input signal and the noise signal. CONSTITUTION:In a musical sound synthesizing circuit 9 is given noise data N of turbulence as offset according to data (f) corresponding to flow rate of air flow passing through a gap between a mouthpiece and reed to perform a signal process adapted to a noise generating mechanism in an actual wind instrument. A musical sound signal outputted through such signal process is supplied to a sound system 40 which processes a speaker SP to sound the musical sound. Thus, in actual wind instrument blowing, noise effects of sub-tones, panting sounds or the like magnifying noises can be reproduced, so that the musical sounds adapted to an actual noise generating mechanism are composed to reproduce the noises generated in performance with high fidelity.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、管楽器をシミュレートする装置に係り、特
に、雑音を伴った管楽器音を忠実に再現することができ
る楽音合成装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for simulating a wind instrument, and more particularly to a musical tone synthesis device capable of faithfully reproducing wind instrument sounds accompanied by noise.

「従来の技術」 近年、自然楽器の発音メカニズムをシミュレートしたモ
デルを動作させ、これにより自然楽器の楽音を合成する
装置が各種開発されている。この種の技術は、例えば、
特開昭63−40199号公報または特公昭58−58
679号公報に開示されている。
"Prior Art" In recent years, various devices have been developed that operate a model simulating the sound production mechanism of a natural musical instrument and thereby synthesize the musical tones of a natural musical instrument. This type of technology is, for example,
JP 63-40199 or JP 58-58
It is disclosed in Japanese Patent No. 679.

第9図は、管楽器の発音メカニズムをシミュレートする
楽音合成装置の構成を示したものである。
FIG. 9 shows the configuration of a musical tone synthesizer that simulates the sound production mechanism of a wind instrument.

この図において、11はROM(リードオンリメモリ)
、12は加算器、13は減算器、14および15は乗算
器である。これら構成要素11〜15は、クラリネット
等の管楽器のマウスピースおよびリードからなる部分の
動作をシミュレートするものであり、これらは励振回路
10を構成している。
In this figure, 11 is ROM (read only memory)
, 12 is an adder, 13 is a subtracter, and 14 and 15 are multipliers. These components 11 to 15 simulate the operation of the mouthpiece and reed of a wind instrument such as a clarinet, and constitute the excitation circuit 10.

20は管楽器の管部、すなわち、共鳴管の伝送特性をシ
ミュレートした双方向伝送回路である。
Reference numeral 20 denotes a bidirectional transmission circuit that simulates the transmission characteristics of a wind instrument's pipe section, that is, a resonant pipe.

この双方向伝送回路20は、共鳴管における空気圧力波
の伝播4延をシミュレートした遅延回路り。
This bidirectional transmission circuit 20 is a delay circuit that simulates the propagation of air pressure waves in a resonant tube.

D、・・・、これらの遅延回路間に介挿されたジャンク
ションJU、JU、・・・、共鳴管の終端部において空
気圧力波が反射する際のエネルギー損失等をシミュレー
トしたローパスフィルタLPF、および双方向伝送回路
20内を伝播するデータの直流成分を阻止するバイパス
フィルタI(PFからなる。
D, . . ., junctions JU, JU, . . ., inserted between these delay circuits; low-pass filter LPF that simulates energy loss when air pressure waves are reflected at the end of the resonant tube; and a bypass filter I (PF) that blocks DC components of data propagating within the bidirectional transmission circuit 20.

このジャンクションJU、JU、・・・は、共鳴管にお
いて管の径か変化している箇所で発生する空気圧力波の
散乱をシミュレートするものであり、第9図には乗算器
M、〜M4および加算器A s 、 A ++からなる
4乗算格子を用いた場合が示されている。ここで、各乗
算器M、〜M、に付された“1+k”、′−k”、“1
−k”、“k”等は乗算係数であり、実際の共鳴管に近
い伝送特性が得られるように数値kが決められる。
These junctions JU, JU, . A case is shown in which a 4-multiplication grid consisting of adders A s and A ++ is used. Here, "1+k", '-k", "1
-k", "k", etc. are multiplication coefficients, and the numerical value k is determined so as to obtain transmission characteristics close to those of an actual resonance tube.

このような構成において、加算器12および減算器13
には、吹奏圧に相当するデータPが入力される。そして
、加算器12の出力データは、双方向伝送回路20の内
部を、遅延回路D−ジャンクションJU−遅延回路D→
・・・ というように伝播し、ローパスフィルタLPF
に到達する。そして、ローパスフィルタLPFおよびバ
イパスフィルタHPFを介した後、遅延回路D−ジャン
クションJtJ−・・・というように、上述とは逆向に
伝播し、双方向伝送回路20から出力されて減算器13
に入力される。
In such a configuration, the adder 12 and the subtracter 13
Data P corresponding to the blowing pressure is input to . Then, the output data of the adder 12 is transmitted through the bidirectional transmission circuit 20 from delay circuit D to junction JU to delay circuit D.
... It propagates as follows, and the low pass filter LPF
reach. Then, after passing through the low-pass filter LPF and the bypass filter HPF, it propagates in the opposite direction to that described above, such as from the delay circuit D to the junction JtJ-, and is output from the bidirectional transmission circuit 20 to the subtracter 13.
is input.

そして、減算器13によって、双方向伝送回路20の出
力データ(このデータは共鳴管の終端部側からマウスピ
ースとリードとの間隙に戻される空気圧力波の圧力に相
当する)からデータPが減算される。この減算によって
、リードとマウスピースの間隙部の空気圧に相当するデ
ータP、が得られる。そして、このデータP、かROM
IIに供給されることにより、このROMI 1からリ
ードとマウスピースとの間隙の断面積、すなわち、空気
流に対するアドミッタンスに相当するデータYが出力さ
れる。第10図はROMI 1に記憶されたリードとマ
ウスピースとの間隙内の空気圧力(入力)と間隙の断面
積(出力)との関係を示す非線形関数Aを例示したもの
である。
Then, data P is subtracted by the subtracter 13 from the output data of the bidirectional transmission circuit 20 (this data corresponds to the pressure of the air pressure wave returned from the terminal end side of the resonance tube to the gap between the mouthpiece and the reed). be done. By this subtraction, data P corresponding to the air pressure in the gap between the reed and the mouthpiece is obtained. And this data P, or ROM
ROMI 1 outputs data Y corresponding to the cross-sectional area of the gap between the reed and the mouthpiece, that is, the admittance to air flow. FIG. 10 shows an example of a nonlinear function A stored in the ROMI 1 that shows the relationship between the air pressure in the gap between the reed and the mouthpiece (input) and the cross-sectional area of the gap (output).

このようなデータYとデータP、とは、乗算器14によ
って乗算され、この結果、リードとマウスピースとの間
隙を通過する空気の流速に相当するデータFLが得られ
る。このデータFLには、乗算器15によって乗算係数
Gが乗じられる。ここで、乗算係数Gは管楽器のリード
取り付は部付近の管径に応じて決められる定数であり、
空気流の通りにくさ、すなわち、空気流に対するインピ
ーダンスに相当するものである。従って、乗算器15か
らは、マウスピースとリードとの間隙を通過する空気流
の流速と管部の空気流に対するインピーダンスの積、す
なわち、間隙を通過する空気流による管内の圧力変化分
に相当するデータP。
Such data Y and data P are multiplied by a multiplier 14, and as a result, data FL corresponding to the flow velocity of air passing through the gap between the reed and the mouthpiece is obtained. This data FL is multiplied by a multiplication coefficient G by a multiplier 15. Here, the multiplication coefficient G is a constant determined according to the diameter of the pipe near the reed attachment section of the wind instrument.
It corresponds to the impedance to the air flow, that is, the impedance to the air flow. Therefore, the multiplier 15 calculates the product of the velocity of the airflow passing through the gap between the mouthpiece and the reed and the impedance of the tube to the airflow, which corresponds to the pressure change in the tube due to the airflow passing through the gap. Data P.

が得られる。そして、このデータP、とデータPと力□
く加算器12によって加算され、双方向伝送回路20に
入力される。
is obtained. And this data P, data P and force□
The signals are added by an adder 12 and input to a bidirectional transmission circuit 20.

このようにして励振回路1oと双方向伝送回路20とで
構成される閉ループにおいて、データの循環、すなわち
、共振動作が行われ、双方向伝送路20のローパスフィ
ルタLPFの接続点のデータが取り出され、こうしたデ
ータに基づいて楽音が発生される。
In this way, data circulation, that is, resonance operation, is performed in the closed loop composed of the excitation circuit 1o and the bidirectional transmission circuit 20, and the data at the connection point of the low-pass filter LPF of the bidirectional transmission path 20 is extracted. , musical tones are generated based on such data.

ところで、実際の管楽器においては、サブトーンと呼ば
れる奏法がある。このサブトーンとは、リードとマウス
ピースとの間隙に息を吹き込む際に生じる雑音成分を誇
張させた奏法である。従来、こうした雑音の合成は、吹
奏圧に相当するデータPに雑音に相当するデータを重畳
することにより行われていた。
By the way, in actual wind instruments, there is a playing style called subtone. This subtone is a playing technique that exaggerates the noise component that occurs when blowing into the gap between the reed and the mouthpiece. Conventionally, such noise synthesis has been performed by superimposing data corresponding to noise on data P corresponding to blowing pressure.

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上述した雑音成分は、息を吹き込むこと
によって、マウスピースとリードとの間隙部分に乱流が
生じ、この乱流に起因して管内の空気圧力波が乱され、
これが雑音となって発生されるものであ乞。従って、上
述した従来の雑音再現方法、すなわち、単に雑音に相当
するデータを重畳しただけでは実際の雑音発生メカニズ
ム□に即しておらず、この方法によって発生される雑音
は自然さに欠けてしまうという欠点があった。
``Problems to be Solved by the Invention'' However, the above-mentioned noise component is caused by the turbulence that occurs in the gap between the mouthpiece and the reed when you breathe, and this turbulence causes air pressure waves in the tube. disturbed,
This is the noise that is generated. Therefore, the conventional noise reproduction method described above, that is, simply superimposing data corresponding to noise, does not correspond to the actual noise generation mechanism □, and the noise generated by this method lacks naturalness. There was a drawback.

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、実際
の雑音発生メカニズムに即した楽音合成装置を提供する
ものであり、これにより、管楽器演奏時の雑音効果を忠
実に再現することを目的としている。
This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a musical tone synthesis device that is compatible with the actual noise generation mechanism, and thereby to faithfully reproduce the noise effect when playing a wind instrument. There is.

[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励振信号を発生する励
振手段と、少なくとも所定時間自己の入力信号を遅延す
ると共に、上記励振信号を繰り返し循環させるループ回
路とから構成され、このループ回路の循環信号を楽音信
号として用いるようにした楽音合成装置において、所定
のスペクトル分布を有する雑音信号を前記励振信号に応
じて発生する雑音発生手段と、前記ループ回路内の所定
の位置に介挿され、自己の入力信号に前記雑音゛信号を
重畳させる雑音重畳手段とを具備することを特徴として
いる。
[Means for Solving the Problems] The present invention comprises an excitation means that generates an excitation signal corresponding to performance information, and a loop circuit that delays its own input signal for at least a predetermined period of time and repeatedly circulates the excitation signal. In a musical tone synthesis device configured to use a circulating signal of the loop circuit as a musical tone signal, a noise generating means for generating a noise signal having a predetermined spectral distribution according to the excitation signal; The apparatus is characterized by comprising a noise superimposing means inserted at a position of the apparatus for superimposing the noise signal on its own input signal.

「作用」 上記構成によれば、雑音発生手段が管内乱流を近似した
雑音信号を励振信号に応して発生し、雑音重畳手段かル
ープ回路の循環信号に当該雑音信号を重畳させる。これ
により、実際の雑音発生メカニズムに即した楽音合成が
なされる。
"Operation" According to the above configuration, the noise generating means generates a noise signal that approximates the turbulent flow in the pipe in response to the excitation signal, and the noise superimposing means superimposes the noise signal on the circulating signal of the loop circuit. This allows musical tone synthesis to be performed in accordance with the actual noise generation mechanism.

「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する
。第1図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の全
体構成を示すブロック図である。
"Embodiments" Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a musical tone synthesizer according to an embodiment of the present invention.

この図において、1はクラリネット等の管楽器を模した
操作子であり、吹奏者の操作に応じた各種信号を発生す
る。ここで、第2図および第3図を参照して操作子1の
構成について説明する。
In this figure, reference numeral 1 denotes an operator imitating a wind instrument such as a clarinet, which generates various signals in response to operations by a wind player. Here, the configuration of the operator 1 will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

まず、第2図(イ)は、この操作子1の一例を示す外観
図である。図において、1aはキーオン信号Konおよ
びキーオフ信号Koffを発生するキースイッチである
。1bはマウスピースであり、この内部には同図(ロ)
に示すようにカンチレバー1cおよび圧力センサ1dが
設けられている。カンチレバーICは、吹奏者がマウス
ピース1bをくわえた時にリードへ与える圧力(この圧
力はアンプジュールと呼ばれる)を検出して出力する。
First, FIG. 2(A) is an external view showing an example of this operator 1. As shown in FIG. In the figure, 1a is a key switch that generates a key-on signal Kon and a key-off signal Koff. 1b is the mouthpiece, and inside this is the same figure (b).
As shown in the figure, a cantilever 1c and a pressure sensor 1d are provided. The cantilever IC detects and outputs the pressure (this pressure is called amperage) applied to the reed when the blow player holds the mouthpiece 1b in his/her mouth.

一方、圧力センサ1dは、吹奏者によってマウスピース
1b内へ吹き込まれた息圧を検出して出力する。
On the other hand, the pressure sensor 1d detects and outputs the breath pressure blown into the mouthpiece 1b by the blow player.

このような構成による操作子1は、第3図に示すように
、上述した各検出信号をマイクロコンピュータ5へ供給
する。このマイクロコンピュータ5は、第1図に示すC
PU2、ROM3、RAM4および図示されていないA
D変換器から構成されている。こうした構成によるマイ
クロコンピュータ5は、上記キースイッチla、カンチ
レバーICおよび圧力センサ1dのそれぞれから供給さ
れた信号をディジタルデータに変換した後、スケーリン
グなどの処理を施し、各種データを発生する。
The operator 1 having such a configuration supplies each of the above-mentioned detection signals to the microcomputer 5, as shown in FIG. This microcomputer 5 is a C
PU2, ROM3, RAM4 and A not shown
It consists of a D converter. The microcomputer 5 having such a configuration converts the signals supplied from the key switch la, the cantilever IC, and the pressure sensor 1d into digital data, and then performs processing such as scaling to generate various data.

これらデータの内、キーオンKon/キーオフKoff
データは、圧力センサ1dの出力信号が所定値以上であ
るか否かの判断によって生成されるものである。セント
値データCは、音高を表すデータであり、キースイッチ
1aの操作に応じたキーコードに基づいて生成される。
Among these data, key-on Kon/key-off Koff
The data is generated by determining whether the output signal of the pressure sensor 1d is greater than or equal to a predetermined value. The cent value data C is data representing pitch, and is generated based on a key code corresponding to the operation of the key switch 1a.

息圧データPは、圧力センサ1dの出力信号に応じて生
成されるものであって、カンチレバーICから得られる
アンプジュールデータEによって吹奏感を出すように修
飾される。
The breath pressure data P is generated according to the output signal of the pressure sensor 1d, and is modified by the amperage data E obtained from the cantilever IC to produce a blowing feeling.

次に、再び第1図を参照して実施例の構成について説明
する。図において、6はノイズ発生器であり、前述した
サブトーンや、息漏れ音を再現するための雑音データN
を発生する。この雑音データNは、後述するマウスピー
スとリードとの間隙における乱流現象をシミュレートす
るために用いられる。なお、このノイズ発生器6の構成
については後述する。7はリード部であり、管楽器のマ
ウスピースおよびリードからなる部分の動作をシミュレ
ートするものである。8は管楽器の管部、すなわち、共
鳴管の伝送特性をシミュレートする管体部である。そし
て、これら構成要素6〜8は、楽音合成回路9を構成し
ている。
Next, the configuration of the embodiment will be described with reference to FIG. 1 again. In the figure, 6 is a noise generator, which generates noise data N for reproducing the aforementioned subtones and breath leak sounds.
occurs. This noise data N is used to simulate the turbulence phenomenon in the gap between the mouthpiece and the reed, which will be described later. Note that the configuration of this noise generator 6 will be described later. Reference numeral 7 denotes a reed section, which simulates the operation of a portion consisting of a mouthpiece and a reed of a wind instrument. Reference numeral 8 denotes a pipe section of a wind instrument, that is, a pipe body section that simulates the transmission characteristics of a resonant tube. These components 6 to 8 constitute a musical tone synthesis circuit 9.

次に、この楽音合成回路9の構成について第4図を参照
して説明する。なお、この図において、前述した第9図
と対応する部分には同一の符号を付しである。この楽音
合成回路9は、励振回路1Oと、ジャンクション22と
、管体形成回路20とから構成されている。励振回路1
0は、減算器13、加算器16,33、乗算器31,3
2,34、ROMI la、1 lbおよびフィルタ3
0a、30bとからなり、管楽器のマウスピース部をシ
ミュレートする回路である。ジャンクション22は、加
算器22aおよび22bからなる。管体形成回路20は
、管楽器における共鳴管をシミュレートする回路であり
、その詳細については後述する。
Next, the configuration of this musical tone synthesis circuit 9 will be explained with reference to FIG. 4. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 9 described above are given the same reference numerals. This musical tone synthesis circuit 9 is composed of an excitation circuit 1O, a junction 22, and a tube forming circuit 20. Excitation circuit 1
0 is the subtracter 13, adder 16, 33, multiplier 31, 3
2,34, ROMI la, 1 lb and filter 3
0a and 30b, this circuit simulates the mouthpiece section of a wind instrument. Junction 22 consists of adders 22a and 22b. The tube forming circuit 20 is a circuit that simulates a resonant tube in a wind instrument, and its details will be described later.

まず、このジャンクション22では、乗算器34および
管体形成回路20の出力データか加算器22aによって
加算されて管体形成回路20に入力され、管体形成回路
20および加算器22aの出力データが加算器22bに
よって加算され、さらに、この加算器22bの出力デー
タがフィルタ30bを介して減算器13に入力される。
First, at this junction 22, the output data of the multiplier 34 and the tube forming circuit 20 are added by the adder 22a and input to the tube forming circuit 20, and the output data of the tube forming circuit 20 and the adder 22a are added together. The output data of the adder 22b is further input to the subtracter 13 via the filter 30b.

このようにすることで、共鳴管のマウスピース側の端部
における空気圧力波の散乱かシミュレートされる。
In this way, the scattering of air pressure waves at the end of the resonance tube on the mouthpiece side is simulated.

ここで、フィルタ30bが介挿されているのは、励振回
路10と管体形成回路20との間を循環する信号か特定
の周波数で著しく大きくならないようにする為である。
Here, the reason why the filter 30b is inserted is to prevent the signal circulating between the excitation circuit 10 and the tube forming circuit 20 from becoming significantly large at a specific frequency.

減算器13には、吹奏圧に相当する息圧データPが入力
されると共に、フィルタ30bを介した帰還データ(こ
のデータは共鳴管の終端部で反射されてマウスピース側
に戻ってくる空気圧力波に相当する)が入力される。そ
して、マウスピースとリードの間隙における空気圧に相
当するデータか減算器13から出力され、フィルタ30
aに入力される。このフィルタ30aは、リードの動き
をシミュレートするものであり、入力された信号を帯域
制限して出力する。これは、リートへの圧力を変化させ
た場合、リード自身の慣性等があるため、リードの変位
に遅れが生じる。さらに、この圧力変化の周波数が高い
とリードは反応しなくなる。こうした圧力変化に応じた
リードの追随性をシミュレートするように、このフィル
タ30aでは帯域制限が行われる訳である。加えて、こ
のフィルタ30aにあっては、前述したアンプジュール
データEに応じてリードに初期変位を与えるように構成
されている。
The subtracter 13 is input with breath pressure data P corresponding to the blowing pressure, and feedback data via the filter 30b (this data is the air pressure reflected at the end of the resonance tube and returned to the mouthpiece side). wave) is input. Then, data corresponding to the air pressure in the gap between the mouthpiece and the reed is output from the subtractor 13, and the filter 30
input to a. This filter 30a simulates the movement of the lead, limits the band of the input signal, and outputs the signal. This is because when the pressure on the reed is changed, there is a delay in the displacement of the reed due to the inertia of the reed itself. Furthermore, if the frequency of this pressure change is high, the reed will not respond. Bandwidth limitation is performed in this filter 30a so as to simulate the followability of the lead in response to such pressure changes. In addition, this filter 30a is configured to apply an initial displacement to the leads in accordance with the above-mentioned amp joule data E.

こうしたフィルタ30aの出力データP、には、加算器
16によって、アンプジュールデータEがオフセットと
して加算され、実際にリードに加えられる圧力に相当す
るデータP、が求められる。
The adder 16 adds the amplifier joule data E as an offset to the output data P of the filter 30a to obtain data P corresponding to the pressure actually applied to the lead.

そして、このデータP、は、R,0M11aに入力され
、該R’0M11aに記憶されている非線形関数A(第
10図参照)により、マウスピースとリードとの間隙部
分の空気流に対するアドミッタンスに相当するデータY
にテーブル変換される。続いて、このデータYと定数す
とが、乗算器3〕、によって乗算される。ここで、この
定数すはマウスピースとリードとの間隙幅に相当する値
であるから、この乗算によりマウスピースとリードとの
間隙を通過する空気流の流速に相当するデータFLが求
められる。
Then, this data P is input to R,0M11a and is equivalent to the admittance for the air flow in the gap between the mouthpiece and the reed, according to the nonlinear function A (see Figure 10) stored in R'0M11a. Data Y
The table is converted to Subsequently, this data Y and the constant S are multiplied by a multiplier 3]. Here, since this constant is a value corresponding to the gap width between the mouthpiece and the reed, data FL corresponding to the flow velocity of the airflow passing through the gap between the mouthpiece and the reed is obtained by this multiplication.

ところで、マウスピースとリードとの間隙部分における
空気流の流速は、空気圧に応じて変化するが、ある速度
に達すると飽和してしまう。第5図は、こうした空気流
の流速の飽和特性を示す非線形特性Bの一例を示したも
のである。この飽和特性は、非線形関数Bのテーブルと
してROM11bに記憶されている。そして、このRO
M11bには、減算器13の出力、すなわち、前述した
マウスピースとリードの間隙における空気圧に相当する
データが入力されることによって、テーブル変換がなさ
れ、飽和状態における空気流速を表すデータが出力され
る。このデータは、乗算器32において上述したデータ
FLと乗算され、この結果、間隙部における真の空気流
速を表すデータfが求められる。′ 次に、このデータfに応じて雑音データNを発生するノ
イズ発生器6の構成について第6図を参照して説明する
。この図において、40は減算器40a、40e、加算
器40b、40g、係数乗算器40c、40fおよび遅
延回路40d、40hから構成される2次のローパスフ
ィルタである。このローパスフィルタ40は、マウスピ
ースとリードとの間隙における乱流現象をシミュレート
するため、外部から供給されるホワイトノイズ信号WN
をフイルタリングし、これを雑音データNとして出力す
る。このフィルタリングは、ホワイトノイズ信号WNの
スペクトル分布を乱流のスペクトル分布に近似するもの
であり、この乱流のスペクトル分布は、後述するように
データfのレイノルズ数Rに応じて決るものである。4
1は乗算器41a、41Cと演算器41bとから構成さ
れるフィルタ定数発生回路であり、その詳細については
後述する。
By the way, the flow velocity of the air flow in the gap between the mouthpiece and the reed changes depending on the air pressure, but becomes saturated when it reaches a certain velocity. FIG. 5 shows an example of the nonlinear characteristic B indicating the saturation characteristic of the flow velocity of the air flow. This saturation characteristic is stored in the ROM 11b as a table of nonlinear function B. And this RO
The output of the subtractor 13, that is, the data corresponding to the air pressure in the gap between the mouthpiece and the reed mentioned above, is input to M11b to perform table conversion and output data representing the air flow velocity in the saturated state. . This data is multiplied by the above-mentioned data FL in the multiplier 32, and as a result, data f representing the true air flow velocity in the gap is obtained. 'Next, the configuration of the noise generator 6 that generates the noise data N in accordance with the data f will be explained with reference to FIG. In this figure, 40 is a second-order low-pass filter composed of subtracters 40a, 40e, adders 40b, 40g, coefficient multipliers 40c, 40f, and delay circuits 40d, 40h. This low-pass filter 40 uses a white noise signal WN supplied from the outside to simulate the turbulence phenomenon in the gap between the mouthpiece and the reed.
is filtered and output as noise data N. This filtering approximates the spectral distribution of the white noise signal WN to the spectral distribution of turbulent flow, and the spectral distribution of turbulent flow is determined according to the Reynolds number R of data f, as will be described later. 4
Reference numeral 1 denotes a filter constant generation circuit composed of multipliers 41a and 41C and an arithmetic unit 41b, the details of which will be described later.

ここで、上述したホワイトノイズ信号WNのフィルタリ
ングについて説明する。まず、レイノルズ数Rとは、流
体における流れの状態を表す値であって、一般にこの値
が2000 (無次元量)以下では層流となり、これ以
上では乱流となることか知られている。コルモゴロフ則
によれば、このレイノルズ数Rか大きくなればなる程、
乱流のスペクトル成分は低周波領域まで伸び、その直流
分のエネルギーはレイノルズ数Rにほぼ比例するとして
いる。そこで、スペクトル分布が−様なホワイトノイズ
信号WNをレイノルズ数Rに応じてフィルタリングを行
えば、所望のスペクトル分布を持つ乱流を近似すること
かできる。
Here, filtering of the above-mentioned white noise signal WN will be explained. First, the Reynolds number R is a value that represents the state of flow in a fluid, and it is generally known that when this value is less than 2000 (a dimensionless quantity), the flow becomes laminar, and when it exceeds this value, the flow becomes turbulent. According to Kolmogorov's law, the larger the Reynolds number R, the more
The spectral components of turbulent flow extend to the low frequency region, and the energy of the direct current component is said to be approximately proportional to the Reynolds number R. Therefore, by filtering the white noise signal WN having a −-like spectral distribution according to the Reynolds number R, it is possible to approximate a turbulent flow having a desired spectral distribution.

このような原理に基づき、このローパスフィルタ40で
は、係数乗算器40fの係数α、をデータfのレイノル
ズ数Rに応じて変化させ、その周波数特性を第7図に示
すものにしている。同図では、横軸にlog周波数、縦
軸にdB振幅をとり、係数α。
Based on this principle, in this low-pass filter 40, the coefficient α of the coefficient multiplier 40f is changed according to the Reynolds number R of the data f, and its frequency characteristics are made as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the log frequency, the vertical axis represents the dB amplitude, and the coefficient α.

が01.003.001.0003および0.001の
各場合における周波数特性を示しである。
The frequency characteristics are shown in each case where is 01.003.001.0003 and 0.001.

ところで、この周波数特性とレイノルズ数Rとの相関を
見ると、係数α、とR−’/”とが比例関係にあるのが
分る。そこで、上述したフィルタ定数発生回路41では
、まず、乗算器41aにおいて前述したデータfと定数
C1とを乗算してレイノルズ数Rを求める。ここで、こ
の定数C7は、a/νで与えられる値であり、aは流れ
の太さ、幅などを代表する値、νは動粘性係数である。
By the way, looking at the correlation between this frequency characteristic and the Reynolds number R, it can be seen that the coefficient α and R-'/'' are in a proportional relationship.Therefore, in the filter constant generation circuit 41 described above, first, the multiplication In the device 41a, the above-mentioned data f is multiplied by the constant C1 to obtain the Reynolds number R. Here, the constant C7 is a value given by a/ν, and a represents the thickness, width, etc. of the flow. The value ν is the kinematic viscosity coefficient.

このようにして求めたレイノルズ数Rは、演算器41b
によりR−””の演算がなされ、これが乗算器41cに
おいて定数C宜と乗算される。定数Cmは、係数α、と
R−”’との両者を対応させるための値である。こうし
て乗算器41cから出力される係数データDα2は、前
述したローパスフィルタ40における係数乗算器40f
の乗算係数α、を設定する。この結果、時々刻々と変化
するデータfのレイノルズ数Rに応じてローパスフィル
タ40のカットオフ周波数か制御され、乱流をシミュレ
ートした雑音データNが出力される。
The Reynolds number R obtained in this way is calculated by the computing unit 41b.
The calculation of R-"" is performed, and this is multiplied by a constant C in the multiplier 41c. The constant Cm is a value for making both the coefficients α and R-"' correspond to each other. The coefficient data Dα2 output from the multiplier 41c in this way is transmitted to the coefficient multiplier 40f in the low-pass filter 40 described above.
Set the multiplication coefficient α. As a result, the cutoff frequency of the low-pass filter 40 is controlled in accordance with the Reynolds number R of the data f which changes from moment to moment, and noise data N simulating turbulent flow is output.

次に、この雑音データNは、加算器33(第4図参照)
によってデータfと加算され、この結果、乱流に相当す
るデータがオフセットとして付与されたデータFLNが
出力される。そして、このデータFLNには、乗算器3
4によって定数Zが乗じられる。この定数Zは、管楽器
のリード取り付は部付近の管径に応じて決められる値で
あり、空気流の通りにくさ、すなわち、空気流に対する
インピーダンスに相当するものである。こうした乗算に
より、管内における空気圧に相当するデータが得られ、
このデータがジャンクション22の加算器22aを介し
て管体形成回路20に入力される。そして、管体形成回
路20の出力データがジャンクション22へ出力され、
フィルタ30bを介して減算器13に入力され、再び前
述と同様の信号処理か行われる。
Next, this noise data N is sent to an adder 33 (see FIG. 4).
As a result, data FLN to which data corresponding to turbulent flow is added as an offset is output. Then, this data FLN is processed by multiplier 3.
The constant Z is multiplied by 4. This constant Z is a value determined according to the diameter of the pipe near the reed attachment part of the wind instrument, and corresponds to the difficulty of passing airflow, that is, the impedance to the airflow. Through these multiplications, data corresponding to the air pressure inside the pipe is obtained,
This data is input to the tube forming circuit 20 via the adder 22a of the junction 22. Then, the output data of the tube forming circuit 20 is output to the junction 22,
The signal is inputted to the subtracter 13 via the filter 30b, and the same signal processing as described above is performed again.

ここで、第8図を参照して管体形成回路20の構成につ
いて説明する。この図において、20a。
Here, the configuration of the tube forming circuit 20 will be explained with reference to FIG. In this figure, 20a.

・・・、20aはシフトレジスタで構成される遅延回路
であり、共鳴管における空気圧力波の伝播遅延をシミュ
レートする。20b、・・・、20bは、これら遅延回
路20aの間に介挿されたジャンクションである。20
cはインバータであり、この共鳴管の終端部における空
気圧力波の反射をシミュレートする。20dはローパス
フィルタ(LPF) 、20eはバイパスフィルタ(H
PF)である。このような構成によれば、最終段の遅延
回路20aから出力される信号は、LPF20dを通っ
て管端で反射するものと、HPF20eを通って楽音出
力として出力されるものとに分れる。ここで、HPF2
0eを介挿しているのは、管楽器における音響放射イン
ピーダンス特性が高域通過特性であるからである。なお
、図示されている遅延量d。
..., 20a is a delay circuit composed of a shift register, which simulates the propagation delay of air pressure waves in the resonance tube. 20b, . . . , 20b are junctions inserted between these delay circuits 20a. 20
c is an inverter that simulates the reflection of air pressure waves at the end of this resonant tube. 20d is a low pass filter (LPF), 20e is a bypass filter (H
PF). According to this configuration, the signal output from the final stage delay circuit 20a is divided into one that passes through the LPF 20d and is reflected at the tube end, and one that passes through the HPF 20e and is output as musical tone output. Here, HPF2
The reason why 0e is inserted is that the acoustic radiation impedance characteristic of a wind instrument is a high-pass characteristic. Note that the delay amount d shown in the figure.

〜dn、ジャンクション係数に1〜kn−sおよびフィ
ルタ係数FCL 、 FCHは、前述したキーフード、
アンプジュールデータE1息圧データPをもとに演算を
行った結果与えられるものであり、この演算はCPU2
により実行される。
~dn, 1~kn-s for the junction coefficient and filter coefficients FCL, FCH are the aforementioned key food,
It is given as a result of calculation based on the amperage data E1 and the breath pressure data P, and this calculation is performed by the CPU2.
Executed by

このように構成された楽音合成回路9では、マウスピー
スとリードとの間隙を通過する空気流の流速に相当した
データfに応じた乱流の雑音データNがオフセットとし
て付与されるので、実際の管楽器における雑音発生メカ
ニズムに即した信号処理が行われる。こうした信号処理
を経て出力される楽音信号は、第1図に示すサウンドシ
ステム40に供給され、このサウンドシステム40がス
ピーカSPから楽音として発音するための処理を行う。
In the musical tone synthesis circuit 9 configured in this manner, noise data N of turbulent flow corresponding to data f corresponding to the flow velocity of the air flow passing through the gap between the mouthpiece and the reed is added as an offset, so that the actual Signal processing is performed in accordance with the noise generation mechanism in wind instruments. The musical tone signal outputted after such signal processing is supplied to the sound system 40 shown in FIG. 1, and this sound system 40 performs processing for producing musical tone from the speaker SP.

これにより、実際の管楽器吹奏において、息を強く吹き
込んでマウスピースとリードとの間隙部分の空気流速度
が飽和した時に雑音が大きくなるサブトーンや、息漏れ
音などの雑音効果を忠実に再現できるようになる。
This makes it possible to faithfully reproduce the noise effects that occur when playing a wind instrument, such as the subtones that become louder when the airflow velocity in the gap between the mouthpiece and reed becomes saturated when you blow into the wind instrument strongly, and the sound of breath leakage. become.

なお、上述した実施例では、第11図(イ)に示すよう
に加算器33においてデータfに雑音データNを加算す
るようにしたが、雑音データNの直流分の乗り方によっ
ては、同図(ロ)に示すように加算器35および乗算器
36を設け、雑音データNに1を加算してからデータf
と乗算するようにしても良い。このようにすると、デー
タfが雑音データNで変調される。
In the above embodiment, the noise data N is added to the data f in the adder 33 as shown in FIG. As shown in (b), an adder 35 and a multiplier 36 are provided, and after adding 1 to the noise data N, the data f
You may also do this by multiplying by In this way, data f is modulated with noise data N.

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、雑音発生手段
が管内乱流を近似した雑音信号を励振信号に応じて発生
し、雑音重畳手段がループ回路の循環信号に当該雑音信
号を重畳させるので、実際の雑音発生メカニズムに即し
た楽音合成がなされ、演奏時に発生される雑音が忠実に
再現されるという効果が得られる。
"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, the noise generating means generates a noise signal that approximates the turbulent flow in the pipe according to the excitation signal, and the noise superimposing means adds the noise to the circulating signal of the loop circuit. Since the signals are superimposed, musical tones are synthesized in accordance with the actual noise generation mechanism, and the effect is that the noise generated during performance is faithfully reproduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の全体
構成を示すブロック図、第2図は同実施例における操作
子lの一例を示す外観図である。 第3図は同実施例における情報変換回路の構成を示すブ
ロック図、第4図は楽音合成回路9の構成を示すブロッ
ク図、第5図はROMI lbに記憶された非線形関数
Bを説明する図、第6図はノイズ発生器6の構成を示す
ブロック図、第7図はローパスフィルタ40の周波数特
性を示す図、第8図は管体形成回路20の構成を示すブ
ロック図、第9図は従来の楽音合成装置の構成を示すブ
ロック図、第10図は第4図および第9図における非線
形関数Aを説明する図、第11図はデータfに雑音デー
タNを付与する一例を示すブロック図である。 5・・・・・・マイクロコンピュータ、6・・・・・・
ノイズ発生器、7・・・・・・リード部、8・・・・・
・管体部、40・・・・・・ローパスフィルタ、41・
・・・・・フィルタ定数発生回路。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a musical tone synthesizer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external view showing an example of an operator l in the same embodiment. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the information conversion circuit in the same embodiment, FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the musical tone synthesis circuit 9, and FIG. 5 is a diagram explaining the nonlinear function B stored in ROMI lb. , FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the noise generator 6, FIG. 7 is a diagram showing the frequency characteristics of the low-pass filter 40, FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the tube forming circuit 20, and FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the tube forming circuit 20. A block diagram showing the configuration of a conventional musical tone synthesis device, FIG. 10 is a diagram explaining the nonlinear function A in FIGS. 4 and 9, and FIG. 11 is a block diagram showing an example of adding noise data N to data f. It is. 5...Microcomputer, 6...
Noise generator, 7...Lead section, 8...
・Pipe body part, 40...Low pass filter, 41・
...Filter constant generation circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  演奏情報に対応した励振信号を発生する励振手段と、
少なくとも所定時間自己の入力信号を遅延すると共に、
上記励振信号を繰り返し循環させるループ回路とから構
成され、このループ回路の循環信号を楽音信号として用
いるようにした楽音合成装置において、 所定のスペクトル分布を有する雑音信号を前記励振信号
に応じて発生する雑音発生手段と、前記ループ回路内の
所定の位置に介挿され、自己の入力信号に前記雑音信号
を重畳させる雑音重畳手段と を具備することを特徴とする楽音合成装置。
[Claims] Excitation means for generating an excitation signal corresponding to performance information;
delaying its own input signal for at least a predetermined time;
A musical tone synthesizer comprising a loop circuit that repeatedly circulates the excitation signal, and uses the circulating signal of the loop circuit as a musical tone signal, wherein a noise signal having a predetermined spectral distribution is generated in accordance with the excitation signal. A musical tone synthesis device comprising a noise generating means and a noise superimposing means inserted at a predetermined position in the loop circuit to superimpose the noise signal on its own input signal.
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JPH0667675A (en) * 1992-08-21 1994-03-11 Yamaha Corp Electronic musical instrument
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