JPH0451297A - 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、電子楽器の内で特に、アコースティックな
、すなわち、自然楽器と同様の音色を合成する楽音合成
装置に関するものである。

〔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ＰＣ
Ｍ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　ｔｈｅｏｓ
ｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｓｉｃａｌ　ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ　　＋　Ｍ、　Ｅ。

Ｍｃｌｎｔｙｒｅ　Ｒ，Ｔ、　５ｃｈｕｓａｃｈｅｒ　
Ｊ、　Ｗｏｏｄｈｏｕｓｅ共著Ｊ、　Ａｃｏｕｓｔ、　
Ｓａｃ、　Ａｍ　７４（５）＋　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１
９８３　ｐａｇｅ１３２５−１３４５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８図は従来の楽音合成装置の構成を示すものである。

第８図について説明する前に、第５図〜第７図を参照し
ながら、原理について説明する。

第５図は、クラリネットの断面図を示す。第５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
部分は口腔圧力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０口腔圧力ｑ、とり一ド直下の管内圧力ｑとの
圧力差によって、リード付近には流速ｆの気流が発生す
る。流速ｆの気流は管内の特性インピーダンス２を介し
て、進行波圧力ｑｏ　　（−ｆ−ｚ）を形成する。進行
波圧力ｑ０が、第５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０反射波圧力ｑ８は、進行波圧力ｑ０と、第７図
に示すような反射係数ｒ（ｔ）とを畳み込み演夏するこ
とによって得ることができる。反射波圧力ｑ、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
　（＝ｑ。

＋ｑｌ）が変動することによって、第６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ｒがリ
ード付近に発生することになる。このような動作を繰り
返すことにより、クラリネットの発音が繰り返されるこ
とになる。

第７図の反射係数ｒ　（ｔ）は、クラリネットが４分の
１波長管であることから、出力する音高の時間周期をＴ
とすると、左端Ａから右端Ｂに、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２１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。

第６図は、リード直下の管内圧力ｑと流速ｆとの関係を
示している。なおｑｌ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８図において、１２０は駆動部、１２１は変換部、１
２２は遅延部、１２３はキーオン処理部である。

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。

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Ｊと、発音のタイミングを指示する牛−オ
ン信号ａと、出力楽音の強さを指示するタッチ信号すと
が入力されると、キーオン処理部１２３は、キーオン信
号ａのオンに対応して、遅延部１２２に対してリセット
信号Ｃを出力し、所定時間経過後に、駆動部１２０．変
換部１２１および遅延部１２２の各部に対してオン信号
ｄを出力し、各部の動作が開始される。駆動部１２０は
、出力する楽音がピアノなどのパーカッシブ音の時には
イニシャルタッチ、クラリネットなどのノンパーカッシ
ブ音の時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ｄがオ
ンの間出力し、オン信号ｄがオフの時には、零値を出力
する。

データｑ、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９図のように構成されている
。第９図において、１３０はＦ　（ｑ）テーブル、１３
１は乗算器、１３２，１３３は加算器である。

以上のように構成された変換部１２１では、直前に出力
した進行波圧力ｑ０と遅延部１２２から出力される反射
波圧力ｑ８とが加算器１３３によって加算され、リード
直下の管内圧力ｑがＦ（ｑ）テーブル１３０へ出力され
る。　Ｆ　（ｑ）テーブル１３０は、第６図の関係にし
たがって、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１３０から出力される流速ｒ
は、乗算器１３１において管の特性インピーダンス２と
乗算された後、加算器１３２によって反射波圧力ｑ。

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１０図のように構成されてい
る。第１Ｏ図において、１６０は反射係数発生部、１６
１〜１６３は単位遅延器、１７１〜１７４は乗算器、１
６５は累算器である。

遅延部１２２は、キーオン処理部１２３から出力される
リセット信号Ｃに従って、単位遅延器１６１〜１６３を
ゼロリセットし、他方において、反射係数発生部１６０
は、クラリネットの管形状に基づいて夏山された第７図
に示すような反射係数ｒ　（ｔ）を基準クロックＣｆ（
Ｓｅｃ：ｌ毎にサンブ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、各乗算器１７１〜１７４へ供給するものとする。

但し、ｉ＝０．１，２．　・・・、２Ｎとする。

ｒ（ｉ−ｃｆ）　＝　ＡＩＥｘｐ　　（−Ｂ（ｉ−ｃｆ
−Ｔ）　）　　・＝（１）（］）式において、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１だけ少ない
正の整数である。ここで、クラリネットの出力する最低
音を例えば１００［Ｈｚ）とし、基準クロックＣｆの周
波数を２０（ＫＨｚ）とすると、単位遅延器の個数Ｎは
４分の１波長管の場合には（２）式のように決定するこ
とができる。

Ｎ＝（１／２）　　−（１／１００（Ｈｚ））　　−２
００００（Ｈｚ）＝１００　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（２）遅延部１２２において、ノート
信号Ｊ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Ｊつまり
各音高の時間周期Ｔに対応させて、（１）式により得ら
れるｒ　Ｎ−Ｃｆ）を演算発生した後に、これらを乗算
器１７１〜１７４へ供給することになる。

キーオン処理部１２３からオン信号ｄが出力されると遅
延部１２２は、変換部１２１から出力される進行波圧力
ｑ０に対して、反射波圧力ｑ、の演算を開始することに
なる。

以上のようにして、第１０図の端子１８０から出力され
る進行波圧力ｑ０はデジタル楽音として、また、端子１
８１から出力される反射波圧力ｑ、は変換部１２１への
入力として出力されることになる。

なお、第１０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から出力させて
もよい。

また、他のバイオリンの弦、パイプオルガン等の楽器に
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８Ｂ］ しかしながら、上記従来の構成によれば、反射係数を発
音指示された後に夏山してから楽音合成が開始されるた
めに楽音出力が遅くなるという問題点があった。

さらに、アコースティックな、つまり、自然楽器のそれ
ぞれに固有な発振（発音）のメカニズムを再現すること
はできても、高音質な楽音を合成することが困難である
０例えば、上述したクラリネットの場合において、音高
を変化させたときに合成される音は、クラリネットの管
長を変化させた音、例えば、１オクターブ上の音は管の
長さ（マウスピースからベルまで）が半分のクラリネッ
トで演奏することと等価になってしまうという問題点を
有していた。

また、反射係数を発生させるために複雑な演算を必要と
するという問題点を有していた。

この発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、自然楽
器の音高音を簡単に、高音質に合成することが可能な楽
音合成装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段］ この発明の楽音合成装置は、変換部とフィルタとメモリ
と反射係数供給部とを備えている。

変換部は、楽器への駆動入力と反射波成分とから進行波
成分を出力するようにしている。

フィルタは、進行波成分に対して反射波成分を演算出力
するようにしている。

メモリは、反射波成分を演算するための複数の反射係数
よりなる各音高に対応した反射係数セットを複数個記憶
するようにしている。

反射係数供給部は、出力音高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ようにし
ている。

〔作用］ この発明の構成によれば、楽音の音高によって異なる楽
器の反射特性を反射係数セットとして予めメモリに記憶
しておくようにしたので、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、反射係数供給部では、入力される音高指示
に従って、対応する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ことができる。そして、フィル
タでは、変換部から出力される進行波成分に対して反射
係数供給部から供給される反射係数セットにより反射波
成分の演算が行われる。

〔実施例〕

以下、この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１図はこの発明の実施例の楽音合成装置のブロック図
を示すものである。

第１図において、２２０は遅延部、２０１はメモリであ
る。なお、１２０は駆動部、１２１は変換部、１２３は
キーオン処理部で、これらは従来例の構成と同じもので
ある。

第２図は第１図における遅延部２２０とメモリ２０１と
のブロック図を示すものである。

第２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、１６１〜１６３は単位遅延器、１
７１〜１７４は乗算器、１６５は累算器で、これらは従
来例の構成と同じものである。

クラリネットやフルート等の管楽器は、一般に、管の長
さを変化させることによって、音高を制御するが、同時
に管の形状も変化させてしまうことになって、楽音の音
色が音高によって異なることになる０例えば、クラリネ
ットのキーを全て押さえたときには管の全体長を４分の
１波長とする基音を有する楽音が出力されるが、押さえ
ていないキーがあるとき、すなわち、開孔部があるとき
には、例えば、リードから開孔部までを４分の１波長と
する基音の楽音が出力されるが、その音色は開孔部から
ベルまでの形状によっても影響を受ける。

この実施例においては、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）の運指毎に
対応して得られる応答をマウスピース部で測定し、この
インパルスレスポンスｒｊ（１）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。なお、各反射係数
セ・ノドの反射係数の個数は、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反射係数セットの
反射係数の個数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反射係数の個数には、最低
音の音高ＦＬ［Ｈｚ）と基準クロックＣｆ［５ｅｃ）と
から（３）式のような関係となる。

Ｋ≧に＝１／（ＦＬ−Ｃｆ）　　　　　　・・・（３）
（３）式においてｋ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、ｋを中
心として反射係数が分布するので、反射係数の個数には
２に程度が望ましい。

反射係数供給部２００は、ノート信号Ｊ　（Ｊ＝１．２
．・・・、３２）が入力されると、音高の低い順にメモ
リ２０１に記憶されている反射係数セントの中から、ノ
ート信号Ｊに対応する記憶開始アドレスＡＤＲ３Ｏ（＝
Ｊ−に−Ｋ　（Ｗｏｒｄ）　）からにワード分の反射係
数を読みだし、Ｋ個の乗算器１７１〜１７４へそれぞれ
に対応する反射係数を送出するので、ノート信号Ｊ毎に
異なる特性の反射波圧力ｑ、が演算出力される。

以下、反射係数供給部２００について第２図ないし第４
図を参照しながら説明する。

第３図は第２図における反射係数供給部２００のブロッ
ク図を示すものである。

第３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４図に反射係数供給部２００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、基準クロックＣｒとレ
ジスタ２５２のゼロフラグとから決まるアンド回路２５
５より出力される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Ｃが出力
されると、レジスタ２５０には、入力されるノート信号
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アドレスデータＡＤＲ５Ｏが初期設
定される。同時に、レジスタ２５１とレジスタ２５２に
はそれぞれＯと（Ｋ＝　１　）とが初期設定される。ま
た、ラッチ２６１〜２６３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ＡＤＲ３Ｏに対応する反射係数ＤＡＴＡＯ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“ＤＡＴＡＯ”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１７２〜１７４は、ラッチ２６２〜２６３の内
容が“０”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。

次に、キーオン処理部１２３が基準クロックｃｆのタイ
ミングにしたがってオン信号ｄを出力すると、クロック
ＣＬＩに従って、レジスタ２５０とレジスタ２５１はそ
れぞれ１だけ増加してＡＤＲＳ１と１とになり、また、
レジスタ２５２は１だけ減少して（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ＡＤ
Ｒ３Ｉに記憶された反射係数ＤＡＴＡＩが、今度はラッ
チ２６２へ送出されて、ラッチ２６２の内容“ＤＡＴＡ
Ｉ″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。

以上の動作を繰り返して、メモリ２０１のＡＤＲＳ　（
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で有効な乗算
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、アンド回路２
５５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、その反射係数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Ｃｆに準じたタイミングに従って、反射係数を演算
に必要な順に、順次送出することになる。

駆動部１２０と変換部１２１とキーオン処理部１２３と
遅延部２２０の単位遅延器１６１〜１６３および乗算器
１７１〜１７４とは、従来と同様の動作によつて基準ク
ロックＣｆに対応した楽音合成がなされるので、端子１
９０からは、進行波圧力ｑ０が音高により異なる反射波
の影響を受ける楽音として出力されることになる。なお
、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ａがオンになってから、１基準クロツク
Ｃｆの遅れだけで発音を開始することができる。また、
端子１９１から出力される反射波圧力ｑ、は、変換部１
２１への入力として出力されることになる。

なお、この実施例では、管楽器の例について説明したが
、弦楽器や打楽器などの他の楽器についても同様にして
、その楽器において各音高を形成する状態毎に、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ｒ、（１）をその音高に対応する
反射係数セットとしてメモリ２０１に記憶させておくこ
とにより構成することができる。

以上のようにこの実施例によれば、各音高に対応して、
実際の楽器と同様に反射特性の異なる反射係数セントを
メモリ２０１から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、楽器毎に適切な段数のフィル
タ２０２によって、高音質な楽音を合成することが可能
となる。

また、この実施例では、フィルタ２０２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Ｃｆに対応す
るタイミング毎に反射係数を１個ずつフィルタ２０２へ
送出してもフィルタ２０２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。

〔発明の効果〕

この発明の楽音合成装置は、楽音の音高によって異なる
楽器の反射特性を反射係数セットとして予めメモリに記
憶しておくようにしたので、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、フィルタでは、反射係数供給部から供給
される出力楽音の音高に対応してメモリから読み出した
反射係数セットにより、反射波成分を演算するだけで、
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、反射係数セントを計算する必要がないので、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図はこの発明の一実施例の楽音合成装置のブロック
図、第２図は第１図における遅延部とメモリの構成を示
すブロック図、第３図は第２図における反射係数供給部
の構成を示すブロック図、第４図は第２図における反射
係数供給部の動作タイミング図、第５図はクラリネット
の断面図、第６図はリード近傍の圧力と流速の関係図、
第７図は反射係数特性図、第８図は従来例の楽音合成装
置のブロック図、第９図および第１０図は従来例におけ
る各部のブロック図である。 １２１・・・変換部、２００・・・反射係数供給部、２
０１・・・メモリ、２０２・・・フィルタ、２２０・・
・遅延部 −）−〇 〜、Ｑ 稈　　フ ］、Ｏ 第 第 図 第 図 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 楽器への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、 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、 前記反射波成分を演算するための複数の反射係数よりな
   る各音高に対応した反射係数セットを複数個記憶するメ
   モリと、 出力音高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
   とを備えた楽音合成装置。