JPH04181296A

JPH04181296A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH04181296A
Application number: JP2310240A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Masuda; 英之増田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-29
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2841847B2

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、吹奏楽器等の楽音を電子的に合成する際に
用いて好適な楽音合成装置に関する。

「従来の技術」自然楽器の発音メカニズムをシミュレートすることによ
り得られたモデルを動作させ、これにより、自然楽器の
楽音を発生する楽音合成装置が知られている。そして、
管体のシミュレーションは、管体を記述するウェーブガ
イドデジタルフィルタによる線形回路と非線形回路によ
り実施されてきた（特開昭６３−４０１９９号等）。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した従来の楽音合成装置においては、奏
者の口から管体までのシミュレーションしか行なわれて
おらず、奏者の口内や声道などへ伝播する波動が与える
影響については無視されていた。したがって、現実の楽
器の挙動と食い違いを生じ、再現性が悪いという問題が
あった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
現実に極めて近い管楽器演奏の表現力を得ることができ
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」上述した課題を解決するために、少なくとも口腔および
声道のいずれか一方の形状をシミュレートする第１のウ
ェーブガイドネットワークと、少なくとも吹奏楽器のマ
ウスピースおよびリードのいずれか一方をシミュレート
し、前記第１のウェーブガイドネットワークに縦続的に
接続される第２のウェーブガイドネットワークと、管楽
器の管体をシミュレートし、前記第２のウェーブガイド
ネットワークに縦続的に接続される第３のウェーブガイ
ドネットワークとを具備し、前記第１のウェーブガイド
ネットワークに励振信号を供給することを特徴とする。

「作用」上記構成によれば、第１のウェーブガイドネットワーク
により口腔や声道がシミュレートされ、奏者の口内や声
道などへ伝播する波動の楽音に与える影響が反映される
。

「実施例」以下、図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

（１）実施例の構成第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。図において、１は鍵盤であり、白鍵および黒鍵か
ら構成されている。２は、操作パネルであり、楽音の音
色を制御するための各種パラメータか設定できるように
なっている。ＣＰＵ（中央処理装置）３は、所定のプロ
グラムを実行し、電子楽器の各部を制御する。テーブル
ＲＯＭ４には、ＣＰＵ３の動作プログラムと、後述する
楽音合成回路７に与える係数などが記憶されている。ま
た、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）５は、ＣＰ
Ｕ３による演算時の一時記憶領域として用いられる。６
は各種操作を行うための操作子であり、操作に応じた制
御信号がＣＰＵ３に供給されるようになっている。楽音
合成回路７は、自然楽器をシミュレートする回路により
構成され、ＣＰＵ３の制御の下に楽音信号を合成する。

８はサウンドシステムであり、楽音合成回路７が出力す
る楽音信号に基づいて、スピーカ９を鳴動させる。

次に、上述した楽音合成回路７について第２図に示すブ
ロック図を参照して説明する。この図において、楽音合
成回路７は、クラリネットなどの管楽器の管体、管楽器
のマウスピースおよび口腔。

声道をシミュレートした閉ループ回路によって構成され
ている。すなわち、第２図に示すように、口腔と声道を
シミュレートする口腔声道形成回路１０、マウスピース
およびリードの状態をシミュレートするマウスピースシ
ミュレート回路１１および管楽器の管体部分をシミュレ
ートする管体形成回路１２から構成されている。

マウスピースシミュレート回路１１は、加算器１５〜１
９、乗算器２０，２１、デイレイ２２および関数発生器
２３によって構成されており、例えば、次のようなシミ
ュレートを行う。

ここでは、シングルリードの場合を例にとる。

今、第３図に示すように、マウスピースＭＰ内の圧力を
ｑ９口内Ｍの圧力をｐとし、さらに、これらを次式に示
すように２つに分ける。

ｑ　＝　ｑ　Ｉ＋　ｑ　０　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・　（１）ｐ　＝　Ｉ）　　Ｉ＋　ｐ−
・・・・・・・・・・・・・・・　（２）そして、管体
部の特性インピーダンスを２７、口腔内部の特性インピ
ーダンスをＺＭとおくと、口と楽器の接続部分の体積流
量ｆは管体部と口腔部とで等しいので、ｆ＝（ｑ。−ｑｌ）／Ｚ↑＝（ｐ＋−１）。）　／　Ｚ
　Ｍ・・・・・・・・・・・・・・・（３）となる。こ
れを変形して次式を得る。

ｑ−＝ｑ＋＋Ｚｙｆ　　　　　　・・・川・・・・・・
（４）ｐ−＝Ｉ）＋　　ＺＭ−ｆ　　　　　　・・・・
・・・・・・・・（５）ここで、ｆはマウスピースの内
圧と外圧の差Δｑの非線形関数であり、ｆ＝Ｆ（Δｑ）　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・（６）Δｑ＝ｑ−ｐ　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・（７）となる。第２図に示すマウスピ
ースシミュレート回路は、上述した（１）〜（７）式を
実現している。なお、シミュレートの態様により、マウ
スピースシミュレート回路１１の回路構成は異なってく
る。

ここで、第２図に示すマウスピースシミュレート回路１
１と、上記（１）〜（７）式の関係を説明すると以下の
通りである。

上述のシミュレートによると、口腔声道形成回路１０に
は信号ｐ０が供給されて信号ｐ１が出力され、また、管
体形成回路１２には信号ｑ０が供給されて信号ｑ１が出
力されることになる。すなわち、第２図に示すような入
出力関係になる。したがって、加算器１８の加算結果は
、第（１）式に対応し、加算器１６の加算結果は第（２
）式に対応する。そして、加算器１７が第（７）式の演
算（ｑ−ｐ）を行い、この演算結果が、デイレイ２２を
介して関数発生器２３に供給され、ここで、第（６）式
の演算が行われる。次に、関数発生器２３の出力信号は
乗算器２０によって係数Ｚｖが掛けられ、その後に加算
器１５に入力される。加算器１５においては、入力され
た信号とＰｌとが加算（代数加算）され、これにより、
第（５）式に示す演算が行われる。また、関数発生器２
３の出力信号は、乗算器２１によって係数ＺＴが掛けら
れた後に加算器１９に入力される。この加算器１９にお
いては、入力された信号に信号ｑ、が加算されるから第
（４）式に示される演算が行われることになる。以上が
マウスシミュレート回路１１の処理内容である。

次に、管体形成回路１２の構成について第４図を参照し
て説明する。図において、ＪＯ丁〜Ｊ＋−ＩＴは、各々
ジャンクションであり、第６図に示す構成になっている
。第６図において２５，２６．２７は、各々加算器であ
り、２８．２９は各々乗算器である。乗算器２８．２９
の係数は、各々ａ。

ｂであり、高さのないトーンホールの開状態をシミュレ
ートしたときは、ａ＋ｂ＜２に設定され、高さのないト
ーンホールの閉状態をシミュレートしたときは、ａ＋ｂ
＝２に設定される。また、第４図に符号ＳＲとサフィッ
クスで示すものは、各々シフトレジスタであり、各々の
シフト段数がＣＰＵ３によって制御されるようになって
いる。このシフト段数の違いにより、シミュレートの態
様が変化する。また、第４図に示すＬＰＦアは、管体終
端のロスを近似するローパスフィルタであり、γ７は管
体終端の反射係数である。

次に、第５図を参照して口腔声道形成回路１０の構成を
説明する。

第５図に示すＪ、−４〜ＪＯＭは各々ジャンクションで
あり、前述のジャンクションと同様に第６図に示す回路
で構成されている。ただし、乗算係数は、鼻腔を考慮し
ない場合にはａ＋ｂ＝２に設定される。第５図において
、符号ＳＲとサフィックスで示すのは、各々シフトレジ
スタであり、第４図に示すものと同様である。また、Ｌ
ＰＦ、は声道終端のロスを近似するローパスフィルタで
あり、７Ｍは声道終端の反射係数である。第５図に示す
符号ｐｒは、演奏者が強制的にシステムに与える力であ
る。この実施例においては、鍵盤の押圧力に対応した信
号ｐｒが用いられる。

第６図に示す係数ａ、ｂは、第１図に示すＲＯＭ４に予
め記憶されており、ＣＰＵの制御の下に適宜読み出され
、各ジャンクションに供給されるようになっている。こ
こで、係数の決定方法にっいて説明する。

始めに、口腔声道形成回路１０における係数の決定は、
口腔形状を予測することによって行う。

例えば第７図に示すように、人の発声をマイク３０で収
録し、この収録波形を線形予測回路３１で処理すること
によりフィルタ係数を決定する。この場合、声道および
口腔をフィルタでシミ３−レートしたときの係数の組を
求め、この係数の組をＲＯＭ４に書き込むようにする。

さらに、係数を決定するに当たっては、演奏方法の多様
化に対応するために、種々の発音についての係数を求め
、これらをまとめてＲＯＭ４に書き込むようにする。

ここで、第８図にＲＯＭ４に書き込まれたフィルタ係数
の具体例を示す。この図に示すように、シミュレートす
る口腔声道の形態Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・・・別に係数の組
み合わせが書き込まれる。

また、管体形成回路１２の各ジャンクションにおける係
数は、シミュレートする管体に対応するものが、予めＲ
ＯＭ４に記憶される。

（２）実施例の動作次に、上記構成によるこの実施例の動作について説明す
る。

まず、口腔声道形成回路１０に供給するための係数を操
作子６を用いて選択する。この操作によって、ＲＯＭ４
内の係数の組Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・・・・・のいずれかが
選択される。また、管体形成回路１２用の係数も、操作
子６を操作することによって選択される。次に、操作者
が鍵盤を用いて演奏を行うと、押下された鍵の押圧力を
示す信号が鍵盤ｌからＣＰＵ５に供給される。これによ
り、ＣＰＵ３が信号ｐｒを作成して楽音合成回路７内の
口腔声道形成回路１０に供給する（第５図参照）。また
、ＣＰＵ３は選択された係数の組をＲＯＭ４から読み出
して口腔声道形成回路１０内の各ジャンクションに供給
する。口腔声道形成回路１０は、供給された係数に応じ
たシミュレートを行うとともに、信号ｐｒを励振信号に
して楽音信号の形成を開始する。そして、口腔声道形成
回路１０．マウスピースシミュレート回路１１および管
体形成回路１２によって構成されるループ回路により、
口腔、声道、マウスピースおよび管体がシミュレートさ
れ、このシミュレートの結果として得られた楽音信号が
サウンドシステム８に供給される。

これにより、スピーカー９から楽音が発せられる。

上記動作においては、口腔声道形成回路により奏者の口
内や声道などへ伝播する波動についてもシミュレートさ
れるので、この波動の楽音に与える影響が反映される。

（３）変形例なお、上記実施例においては、以下の変形が可能である
。

■口腔声道形成回路１０に与える係数の組を操作子６に
よって選択したが、これに代えて鍵のイニシャルタッチ
やアフタータッチによって選択するように構成しても良
い。吹奏楽器の演奏にあっては、演奏者の口腔や声道の
形状は発声する音に応じて随時変化するものであるから
、シミュレートの態様を固定的に設定するよりも、イニ
シャルタッチ等に応じて変化させた方が実際の演奏によ
り近い楽音が発声される。

また、実施例は鍵盤を用いるタイプの電子楽器の例であ
ったが、この発明はマウスピースを用いるタイプの電子
楽器にも適用することができる。

この場合においては、マウスピースをかむ強さ（アンプ
シュア）に応じて口腔声道形成回路１０への係数を選択
するように構成することができる。

■実施例において用いたシフトレジスタＳＲは、ＲＡＭ
によって構成してもよく、また、他の遅延手段を用いて
も良い。

■実施例における発音アルゴリズムに限らず、他のアル
ゴリズム、すなわち、撥弦や打弦に基づく発音アルゴリ
ズムを用いても良い。この場合において、撥弦による場
合は、例えば弓の毛の振動という形で考えることができ
る。

■上述した実施例は、ハードウェアによって実現された
が、マイクロプログラムあるいはソフトウェアによって
実現しても良い。

■口腔声道形成回路１０および管体形成回路１２に供給
する各係数をキースケーリングしても良い。すなわち、
音域に応じて各係数を予め割り振っておき、演奏された
音高に応じた係数の組を随時選択するように構成しても
良い。

■管体形成回路１２が高さのあるトーンホールをシミュ
レートする場合および口腔声道形成回路１０において鼻
腔等の枝分かれをも考慮する場合は、第６図に示すジャ
ンクションは各々３ポイントジヤンクシヨンとなる。

■口腔形状を、なるべくなめらかに変化させるために、
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の順に少しづつ口腔、声道形状が変化
するように、第８図に対応するテーブルを作り、声道が
変化したことに対応する操作子の値が大きく変化しても
、急に目的の声道形状になるのではなく、補間操作によ
って途中のテーブルの値などを用い、徐々に形状を示す
値ＪＩＭのａ。

ｂ、Ｊ！Ｍのａ、ｂ・・・を変化させてもよい。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、少なくとも口
腔および声道のいずれか一方の形状をシミュレートする
第１のウェーブガイドネットワークと、少なくとも吹奏
楽器のマウスピースおよびリードのいずれか一方をシミ
ュレートし、前記第１のウェーブガイドネットワークに
縦続的に接続される第２のウェーブガイドネットワーク
と、管楽器の管体をシミュレートし、前記第２のウェー
ブガイドネットワークに縦続的に接続される第３のウェ
ーブガイドネットワークとを具備し、前記第１のウェー
ブガイドネットワークに励振信号を供給するようにした
ので、奏者の口内や声道などへ伝播する波動の楽音に与
える影響が反映され、現実の楽器の挙動との食い違いが
生ぜず、現実に極めて近い管楽器演奏の表現力を得るこ
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構成を示すブロック図、第
２図は同実施例のマウスピースシミュレート回路１１の
構成を示すブロック図、第３図はマウスピースシミュレ
ート回路１１におけるシミュレート状態を説明するため
の説明図、第４図は同実施例の管体形成回路１２の構成
を示すブロック図、第５図は同実施例の口腔声道形成回
路１０の構成を示すブロック図、第６図は口腔声道形成
回路１０および管体形成回路１２のジャンクションの構
成を示すブロック図、第７図は同実施例において口腔声
道形成回路１０用の係数を求めるための構成を示すブロ
ック図、第８図はＲＯＭＪ内に記憶される係数の組の状
態を示す概念図である。１０・・・・・・・・・口腔声道形成回路（第１のウェ
ーブガイドネットワーク）、１１・・・・・・・・・マ
ウスピースシミュレート回路（第２のウエーブガイドネ
・ソトワーク）、１２・・・・・・・・・管体形成回路
（第３のウェーブガイドネットワーク）。

Claims

【特許請求の範囲】少なくとも口腔および声道のいずれか一方の形状をシミ
ュレートする第１のウェーブガイドネットワークと、少なくとも吹奏楽器のマウスピースおよびリードのいず
れか一方をシミュレートし、前記第１のウェーブガイド
ネットワークに縦続的に接続される第２のウェーブガイ
ドネットワークと、管楽器の管体をシミュレートし、前記第２のウェーブガ
イドネットワークに縦続的に接続される第３のウェーブ
ガイドネットワークとを具備し、前記第１のウェーブガ
イドネットワークに励振信号を供給することを特徴とす
る楽音合成装置。