JPH0437799A - 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」 この発明はピアノ音等の打弦楽器音、ギター音等の撥弦
楽器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」 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、自然楽器音を合成する楽音合成装置が知られ
ている。打弦楽器あるいは撥弦楽器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
延回路および弦における音響損失をシミュレートしたフ
ィルタを含んだループ回路と、このループ回路に撥弦あ
るいは打弦の際の励起振動に相当する励起信号を入力す
る励振回路とからなる構成のものが知られている。 なお、この種の楽音合成装置は、例えば特開昭６３−４
０１９９号公報あるいは特公昭５８−５８６７９号公報
に開示されている。 「発明が解決しようとする課題」 さて、一般にピアノは、１つの鍵に対し、複数の弦が設
けられている。ここで、各弦の張力等は厳Ｅには一致し
ておらず、各弦によって発生される音高は微妙にずれて
おり、この結果として、各ピアノ個有の独特の音色が得
られると考えられている。また、厳密に観察すると、各
弦の振動は駒部を介して他の弦に伝播し、各殻間の相互
干渉が行われており、この結果として微妙なうねりを伴
った音が発生される。この現象は、ピアノに限らず、ギ
ターやバイオリンの演奏においても観察される。 すなわち、ギターやバイオリンにおいては、実際に弾か
れている弦の振動に対し、隣の弦か共鳴し、良い響きを
持った楽音が発生される。しかしながら、従来の楽音合
成装置は、上述したような励起される複数の微妙な特性
のずれを考慮したものがなく、また、各殻間の相互干渉
を考慮したものもなかった。 この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
特性の異なった複数の弦の振動をシミュレートすること
ができ、しかも、各殻間の相互干渉をもシミュレートす
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Ｊ この発明は、個有の共振特性を有する発音体と前記発音
体に励起振動を与える発音操作子とからなる自然楽器の
楽音を合成する楽音合成装置において、 所望の楽音に対応したパラメータを発生するパラメータ
発生手段と、 少なくとも遅延素子を含んだ複数のループ手段、および
各ループ手段における節点から取り出した信号を他のル
ープ手段に導入する結合手段からなり、各ループ手段の
少なくとも！つを信号か一巡するのに要する遅延時間が
前記パラメータによって制御される多ループ結合手段と
、 前記発音操作子が前記発音体に与える励起振動に相当す
る励振信号を前記多ループ結合手段における少なくとも
１つのループ手段に入力する励振手段と を具備することを特徴としている。 「作用」 上記構成によれば、励振信号か多ループ結合手段におけ
る少なくとも１つのループ手段に入力され、該ループ手
段において信号の循環が行われろ。 そして、各ループ手段を循環する信号は結合手段を介し
て他のループ手段に導入され、各ループ手段間の相互干
渉か行われる。多ループ結合手段における少なくとも１
つのループ手段を一巡するのに要する遅延時間はパラメ
ータ発生手段が発生するパラメータによって制御され、
当該ループ手段から所望の楽音の音高に対応した周波数
の信号が得られる。各ループ手段を信号が一巡する遅延
時間にずれがある場合は、異なる場合には、そのずれに
基づくうねりを持った楽音が発生される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。

【第１実施例】 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である。■は電子楽器用の鍵盤、２
は鍵情報発生部である。ここで、鍵盤Ｉにおいて押鍵操
作かなされ１こ場合、押下された鍵のキーコード情報Ｋ
Ｃ１鍵が押下されていることを示すキーオン信号ＫＯＮ
および押鍵の際の強さを示すイニノヤルタッチ情報ＩＴ
が鍵情報発生１２から出力され、押下中の鍵がＭＲされ
た場合にはキーオフ信号ＫＯＦＦが出力されるようにな
っている。 ３は弦系パラメータ形成部であり、第２図に示すように
、マイクロプロセッサ３１およびＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）によって実現されるパラメータメモリ３２から
なる。マイクロプロセッサ３１はキーコード情報ＫＣ，
キーオン信号ＫＯＮおよびキーオフ信号ＫＯＰＦが入力
され、キーコード情報ＫＣに対応した遅延情報Ｔ、〜Ｔ
４、フィルタ演算用係数０１〜Ｃ４および乗算係数に１
〜に、を発生する。これらの各情報は、第３図に示すよ
うに、パラメータメモリ３２内に記憶されており、キー
オン信号ＫＯＮがアサートされた場合に、キーコード情
報ＫＣに対応し１こものがマイクロブロセッサ３１によ
って読み出されて出力されるようになっている。なお、
これらの各情報Ｔ１〜Ｔ、、Ｃ，−Ｃ４およびに１〜に
８の意味する所については後述する。 ４はハンマ系パラメータ形成部であり、第４図にその構
成を示す。同図において、セットリセット型フリップフ
ロップ４３はキーオン信号ＫＯＮによってセットされ、
フリップフロップ４３のＱ出力は、所定の周期で発生さ
れるクロックφによってプレイド型フリップフロップ４
４に取り込まれ、フリップフロップ４４のＱ出力によっ
てフリップフロップ４３がリセットされるようになって
いる。 また、ＡＮＤゲート４２はクロックφおよびフリップフ
ロップ４３のＱ出力が入力され、ＡＮＤゲート４２の出
力は出力イネーブル信号ＯＥとしてＲＯＭ４１に入力さ
れる。このＲＯＭ４１にはイニシャルタッチ情報ＩＴに
対応したハンマ速度を示す情報が記憶されている。 しかして、このハンマ系パラメータ形成部４によれば、
キーオン信号ＫＯＮがアサートされた後、クロックφの
１周期相当の期間、ＲＯＭ４１がイネーブルされ、イニ
シャルタッチ情報ＩＴに対応したハンマ速度信号ｖｈが
出力される。 ５は楽音形成部であり、第５図にその構成を示す。この
楽音形成部５は、２本弦のピアノの楽音を形成するもの
である。第５図において、フィルタ５１１．加算器５１
２、遅延回路５１３、乗算器５１４、加算器５１５、フ
ィルタ５１６、加算器５１７、遅延回路５１８および位
相反転回路５１９からなるループ回路５１Ｏ１および、
このループ回路５１０と同様な構成のループ回路５２０
によって各弦における振動の往復伝播がシミュレートさ
れている。 遅延回路５１３および５１８は、第１の弦における振動
の伝播遅延をシミュレートした遅延時間可変の遅延回路
であり、弦系パラメータ形成部３によって発生される遅
延情報Ｔ、およびＴ、によって遅延時間が制御される。 同様に、第２の弦に対応した遅延回路５２３および５２
８には遅延情報Ｔ、およびＴ４が供給される。この種の
遅延時間可変の遅延回路は、例えば入力信号を遅延させ
るソフトレジスタとこのソフトレジスタの各段の遅延出
力を遅延情報に従って選択して出力するセレクタとによ
って実現することかできる。 実際のピアノの場合、１つの鍵に対応した各弦の張力は
常に同じとはならず、これに起因したデチューン効果が
現れる。従って、通常のピアノにおいて発生し得るデチ
ューン効果を考慮し、ループ回路５１０および５２０の
各々の総遅延時間は、はぼ音高に対応した値であり、か
っ、互いに微妙にずれた状態となるように遅延情報Ｔ１
〜Ｔ４が設定される。 フィルタ５１１および５１６、フィルタ５２１および５
２６は、各弦における音響損失をシミュレートしたもの
である。通常、周波数が高い程、損失が大きいため、こ
れらのフィルタはローパスフィルタによって実現される
。各フィルタ５１１および５１６、フィルタ５２１およ
び５２６には、弦系パラメータ形成部３によって発生さ
れるフィルタ演算用係数Ｃ１およびＣ９、Ｃ８およびＣ
４が各々与えられ、これらに基づいてキーコード情報Ｋ
Ｃに対応したフィルタ演算が行われる。 位相反転回路５１９および乗算器５１４、位相反転回路
５２９および乗算器５２４は、各弦の両端部において振
動が反射される際に起こる泣相反転現象をシミュレート
するために設けられたものであり、楽音発生中、乗算器
５１４および５２４には、各々、負の乗算係数に３およ
びに４か弦系パラメータ形成部３によって与えられる。 また、離鍵に伴ってキーオフ信号ＫＯＰＦが発生される
と、乗算係数に、およびに４は弦系パラメータ形成部３
によって絶対値の小さな値に切り換えられ、楽音の急速
減衰が行われる。 ループ回路５１０における遅延回路５１３の出力信号は
、乗算器Ｍ、によって乗算係数に、が乗じられて加算器
５２５を介してループ回路５２０内に導入される。同様
に、ループ回路５２０における遅延回路５２３の出力信
号は、乗算器Ｍ、（乗算係数に、）および加算器５１５
を介してループ回路５１０内に導入される。このような
構成によれば、ループ回路５１０および５２０の相互間
において信号の授受か行われ、各弦の相互干渉がノミュ
レートされる。各乗算係数に１．に！は、ｌよりはかな
り小さな値であり、実現しようとする相互干渉の度合に
応じたものが設定される。 次に励振回路５５０について説明する。この励振回路５
５０では、ハンマによって弦に与えられる励起振動に相
当する励振信号が生成される。ループ回路５２０におけ
るフィルタ５２１および５２６の各出力は加算器５５１
に入力され、加算器５５１から弦の速度に相当する弦速
度信号ＶＳ、か出力される。この弦速度信号Ｖｓ、に乗
算器５５２によって係数５ａｄａ＋が乗算される。なお
、この係数ｓａｄｍについては後述する。 乗算器５５２の出力信号ｓａｄｍ−Ｖｓ、は、加算器５
５３およびＩサンプル周期遅延回路５５４からなる積分
回路５５５によって積分される。そして、積分回路５５
５から、第６図に示すピアノの弦ＳＰの基準線ＲＥＦか
らの変位に相当する弦変位信号Ｘが出力され、弦変位信
号Ｘは減算器５５６の一方の入力＃ｉに入力される。こ
こで、減算器５５６のもう一方の入力端には後述する積
分器５６６から出力されるハンマＨＭの変位（第６図参
照）に相当するハンマ変位信号ｙが人力される。そして
、減算器５５６から、ハンマＦ（Ｍと弦ＳＰとの相対変
位に相当する相対変位信号ｙ−ｘが出力される。 ここで、弦ＳＰがハンマＨＭに食い込んでいる場合、ｙ
−ｘは正となり、弦ＳＰとハンマＨＭとの間にはその食
い込み量に応じた反撥力が働く。 方、弦ＳＰのハンマＨＭが軽く触れているだけの状聾あ
るいは弦ＳＰからハンマＨＭが離れている場合、ｙ−ｘ
はＯあるいは負であり、反撥力は０である。 非線形回路５５７は、相対変位信号ｙ−ｘに基づいて弦
ＳＰとハンマ）（Ｍとの反撥力に相当する反撥力信号Ｆ
を演算するものであり、第７図に示すような例えば２次
曲線等の非線形関数のテーブルを記憶したＲＯＭによっ
て実現されている。 反撥力信号Ｆは、ループ回路５１０の加算器５１２．５
１７、ループ回路５２０の加算器５２２゜５２７に入力
される。本来ならば、反撥力信号Ｆに対し、弦ＳＰの速
度変化に対する抵抗に相当する係数を乗じて弦ＳＰの速
度変化分を算出し、その１／２を各ループ回路５１０お
よび５２０に入力すべきところであるか、本実施例では
、上述した乗算係数ｓａｄｍを調整することにより、上
記速度変化に対する抵抗等を考慮している。 また、反撥力信号Ｆは乗算器５６７によって係数ｆａｄ
ｍを乗じられ、ハンマＨＭによって弦ＳＰに与えられる
速度変化分に相当する弦速度信号βＳが得られる。この
弦速度信号βＳが遅延回路５６８によって１サンプル周
期遅延され、積分器５５５に入力される。このようにす
ることにより、弦ＳＰがハンマＨＭによって叩かれるこ
とによって変位する現象がシミュレートされる。 また、反撥力信号Ｆは乗算器５５９に入力される。ここ
で、乗算器５５９には、ハンマＨＭの慣性量Ｍの逆数−
１／Ｍが乗算係数として与えられる。この結果、乗算器
５５９からハンマＨＭの加速度に相当するハンマ加速度
信号αが出力される。 このハンマ加速度信号αは、加算器５６０および遅延回
路５６１からなる積分器５６２によって積分され、積分
器５６２からハンマＨＭの速度変化分に相当するハンマ
速度信号βか出力される。そして、このハンマ速度信号
βは、乗算器５６３を介すことにより所定の減衰係数が
乗算され、ハンマ系パラメータ形成部４によって発生さ
れるハンマ初速度信号ｖｈと共に、加算器５６４および
遅延回路５６５からなる積分器５６６に入力され、積分
器５６６から前述したハンマ変位信号ｙが出力される。 各ループ回路における遅延回路５１３および５２３の各
出力信号は、各々、乗算器Ｍ１．およびＭｌ、によって
所定の乗算係数が乗じられて加算器Ａ、によって加算さ
れ、弦ＳＰの振動によって生じる直接音の楽音信号とし
て出力される。この楽音信号は、ピアノの響板をシミュ
レートしたフィルタ６によって共鳴効果が付与された後
、図示しないＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器によ
ってアナログ信号に変換され、ス４ビーカフから楽音と
して発音される。 以下、本実施例の動作を説明する。打弦面の初期状聾に
おいて、ハンマＨＭは弦ＳＰから離れており、楽音形成
部５において、相対変位信号ｙ−ｘは負の値になってお
り、従って、反撥力信号Ｆは０となっている。また、遅
延回路５５４，５６１および５６５はすべてＯにリセッ
トされている。 鍵盤ｌの押鍵操作が行われると、鍵情報発生部から当該
鍵のキーコード情報ＫＣ，キーオン信号ＫＯＮおよびイ
ニシャルタッチ情報ＩＴが出力される。そして、弦系パ
ラメータ形成部３からキーコード情報ＫＯに対応した遅
延情報Ｔ、−Ｔ、、フィルタ演算用係数０１〜Ｃ４およ
び乗算係数に、−に、が出力され、楽音形成部５の対応
する各部に設定され、ハンマ系パラメータ形成部４によ
ってイニシャルタッチ情報ＩＴに応じたハンマ初速度が
演算され、クロックφの１周期に相当する期間、ハンマ
初速度信号ｖｈが出力され、楽音形成部５における積分
器５６６に与えられる。 この結果、積分器５６６の積分値、すなわち、ハンマ変
位信号ｙが時間経過と共に負から正に向って変化する。 この期間、弦変位信号Ｘが０であるため、相対変位信号
ｙ−ｘは負の値であり（ハンマ）（Ｍと弦ＳＰとが離れ
た状態に対応）、第９図に示すように反撥力信号Ｆは０
であり、ハンマ速度信号βは０である。従って、積分器
５６６ではハンマ初速度信号ｖｈのみが積分される。 そして、相対変位信号ｙ−ｘが０を越えて（ハンマＨＭ
が弦ＳＰに衝突した状態に対応）正の値になると、非線
形回路５５７から相対変位信号ｙ−ｘに応じた大きさの
反撥力信号Ｆが出力される。そして、この反撥力信号Ｆ
に対し、係数−１／Ｍが乗算器５５９によって乗じられ
、ハンマ加速度信号α（負の値）が演算され、積分器５
６２によってハンマ加速度信号αが積分されてハンマ速
度信号βが求められる。ここで、ハンマ速度信号βは負
の値となるので、積分器５６６では、初速戻信号ｖｈが
ハンマ速度信号βの分だけ減速されて積分が行われ、ハ
ンマ変位信号ｙの増加の時間的変化は徐々に鈍くなる。 また、ハンマ反撥力信号Ｆに応じた弦速度信号βＳが発
生されて積分器５５５５によって積分され、弦変位信号
Ｘが変化する。 この期間、ハンマ変位信号ｙは正方向（弦ＳＰか食い込
むようなハンマＨＭの移動方向）に増加し、相対変位信
号ｙ−Ｘか増加する。この結果、第７図において矢印Ｆ
ｌによって示すように、反撥力信号Ｆが増大する。 このようにして発生される反撥力信号Ｆに従って加速度
信号αが出力される結果、ハンマ速度信号βは負の方向
（ハンマＨＭが弦ＳＰから離れる方向）に大きくなる。 そして、ハンマ速度信号βの絶対値が初速戻信号ｖｈを
越え、ハンマＨＭの速度の方向が弦ＳＰから離れる方向
に逆転すると、ハンマ変位信号ｙは負の方向に変化する
。そして、相対変位信号Ｖ−Ｘは徐々に小さくなり、そ
れに伴って反撥力信号Ｆは小さくなる（矢印ｐｔ）。そ
して、相対変位信号ｙ−Ｘ＜Ｏｌすなわち、ハンマＨＭ
が弦ＳＰから離れた状態となって打弦動作が終了する。 このようにして打弦動作時における反撥力信号Ｆが演算
され、この反撥力信号Ｆが、ハンマＨＭが弦ＳＰに与え
る速度変化の寄与分、すなわち、励振信号としてループ
回路５１０および５２０に人力される。そして、ループ
回路５１０および５２０の各々において、入力された励
振信号が循環する。また、ループ回路５１０の循環する
信号は、乗算器Ｍ、を介してループ回路５２０に導入さ
れ、同様に、ループ回路５２０からループ回路５１０へ
の信号の導入が行われ、各弦の相互干渉がノミュレート
される。 そして、ループ回路５１０および５２０の各出力信号か
乗算器Ｍ　Ｉ＋およびＭＩｔを各々介した後、加算器Ａ
、によって加算されて楽音信号が形成され、この楽音信
号に対し、フィルタ６によって共鳴効果が付与され、ス
ピーカ７から楽音として発音される。

【第２実施例】 第８図はこの発明の第２実施例による楽音合成装置の楽
音形成部を示すものである。この楽音形成部は、１つの
鍵に対し、３本の弦が設けられたピアノの楽音を形成す
るものであり、前述した第５図の構成に対し、第３の弦
に対応したループ回路５３０を設けたものである。まｒ
こ、３本の弦の相互干渉をシミュレートするために、ル
ープ回路５３０と他のループ回路５１０．５２０とか乗
算器Ｍ６〜Ｍ、（乗算係数に８〜ｋｓ）を介して結合さ
れている。

【第３実施例】 第９図はこの発明の第３実施例による楽音合成装置の楽
音形成部を示すものである。この楽音形成部は、各ルー
プ回路５１０および５２０を結合する手段として、乗算
器Ｍ、およびＭ、の代わりに遅延回路６０１および６０
２を用いた点が、前述した第５図の構成と異なる。この
構成によれば、各弦の振動が駒部を介すことにより、位
相が変化して他の弦に伝播する場合の動作が忠実にシミ
ュレートされる。

【第４実施例】 第１０図はこの発明の第４実施例による楽音合成装置の
楽音形ｔｉを示すものである。この楽音形成部は、各ル
ープ回路５１０および５２０を結合する手段として、乗
算器Ｍ１およびＭｔの代わりに駒部における損失の周波
数特性をシミュレートしたフィルタ６０３および６０４
を用いた点が、前述した第５図の構成と異なる。この構
成によれば、各弦の振動が駒部を介すことにより、スペ
クトラムが変容して他の弦Ｊこ伝播する場合の動作が忠
実にシミュレートされる。

【開放弦の共鳴をシミュレートする場合】以上説明した
各実施例は、ピアノのように複数の弦をハンマによって
叩く場合のシミュレートを行ったものであるが、はぼ同
じ構成により、ギターやバイオリン等における開放弦の
共鳴をシミュレートすることができる。この場合、すべ
てのループ回路に励振信号を入力するのでなく、所望の
音高に対応した遅延時間の設定のなされた１個のループ
回路にのみ励振信号を入力する。また、励振信号を入力
しない他のループ回路は、実際に弾く弦の隣の開放弦の
音高に応じた遅延時間を設定する。このようＪこするこ
とで、励振信号を入力するループ回路において、所望の
音高に対応した楽音信号が形成され、この楽音信号が他
のループ回路に入力されることにより、開放弦によって
発生される共鳴音の楽音信号が形成される。また、上記
第１実施例および第２実施例において、１つのループ回
路のみに励振信号を入力することで、ピアノのウナコル
ダペダルの効果を得ることができる。 なお、以上説明した実施例では、楽音合成装置をデジタ
ル回路で実現する場合について説明し１こが、アナログ
回路によって実現することら勿論可能であり、デジタル
回路で実現し１こ場合と同様な効果が得られる。また、
遅延回路を含むループ回路として、訂述の特開昭６３−
４０１９９号公報に開示されているウニ、−ブガイドを
利用することも可能である。 また、ループ回路はシミュレートする弦の本数に合わせ
、必要な数だけ設ければよい。また、第５図の構成に対
し、実際に打弦する弦以外のすべての開放弦に対応した
ループ回路を設け、これらのループ回路とループ回路５
１０および５２０とを結合してもよい。このようにする
ことで、ダンパペダルを踏み込ん１こ時の独特の響きか
シミュレートされる。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、個有の共振特
性を有する発音体と前記発音体に励起振動を与える発音
操作子とからなる自然楽器の楽音を合成する楽音合成装
置において、所望の楽音に対応したパラメータを発生す
るパラメータ発生手段と、少なくとも遅延素子を含んだ
複数のループ手段、および各ループ手段における節点か
ら取り出した信号を他のループ手段に導入する結合手段
からなり、各ループ手段の少なくとも１つを信号か一巡
するのに要する遅延時間が前記パラメータによって制御
される多ループ結合手段と、前記発音操作子が前記発音
体に与える励起振動に相当する励振信号を前記多ループ
結合手段における少なくとも１つのループ手段に入力す
る励振手段とを設けたので、弦楽器において、複数の弦
が同時に振動する場合の楽音を忠実に合成することがで
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図は同実施例における弦系パ
ラメータ形成部３の構成を示すブロック図、第３図は同
実施例におけるパラメータメモリ３２の記憶内容を示す
図、第４図は同実施例におけるハンマ系パラメータ形成
部４の構成を示すブロック図、第５図は同実施例におけ
る楽音形成部５の構成を示すブロック図、第６図は同実
施例がシミュレートするハンマＨＭおよび弦ＳＰの打弦
時の状態を示す図、第７図は同実施例における相対変位
信号Ｙ−Ｘに対する反撥力信号Ｆの変化を例示する図、
第８図はこの発明の第２実施例による楽音合成装置の楽
音形成部の構成を示すブロック図、第９図はこの発明の
第３実施例による楽音合成装置の楽音形成部の構成を示
すブロック図、第１０図はこの発明の第４実施例による
楽音合成装置の楽音形成部の構成を示すブロック図であ
る。 ３・・・・・・弦系パラメータ形成部、４・・・・・ハ
ンマ系パラメータ形成部、５・・・−楽音形成部、５１
０５２０・・・・ループ回路、５５０・・・・励振回路
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 個有の共振特性を有する発音体と前記発音体に励起振動
   を与える発音操作子とからなる自然楽器の楽音を合成す
   る楽音合成装置において、 所望の楽音に対応したパラメータを発生するパラメータ
   発生手段と、 少なくとも遅延素子を含んだ複数のループ手段、および
   各ループ手段における節点から取り出した信号を他のル
   ープ手段に導入する結合手段からなり、各ループ手段の
   少なくとも１つを信号が一巡するのに要する遅延時間が
   前記パラメータによって制御される多ループ結合手段と
   、 前記発音操作子が前記発音体に与える励起振動に相当す
   る励振信号を前記多ループ結合手段における少なくとも
   １つのループ手段に入力する励振手段と を具備することを特徴とする楽音合成装置。