JPH0467100A

JPH0467100A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH0467100A
Application number: JP2177806A
Authority: JP
Inventors: Masashi Hirano; 正志平野
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-03
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2722791B2

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、自然楽器の楽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減衰音の楽音合成
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、いわゆる遅延フィード
バック型の楽音合成装置が知られている。なお、この種
の楽音合成装置は、例えば特公昭５８−５８６７９号公
報に開示されている。また、管楽器等の持続音の楽音合成装置としては、例え
ば管楽器の共鳴管内における空気圧力波の伝播をシミュ
レートしたウェーブガイド（双方向の遅延伝送路）と、
共鳴管内部に空気圧力波を励起せしめるリードの動作を
シミュレートした非線形増幅素子とを組み合わ什１こ構
成のものが知られている。この構成によれば、非線形増
幅素子の出力信号が、ウェーブガイドを終端部に向けて
伝送され、終端部において反射された信号がウェーブガ
イドを逆方向に介して非線形増幅素子に帰還されるとい
う循環動作が繰り返される。すなわち、実際の管楽器内
部での空気圧力波の生成および往復伝播の動作が忠実に
シミュレートされる。そして、ウェーブガイド中の任意
のノードから目的とする楽音信号が取り出される。なお
、この種の技術は、特開昭６３−４０１９９号公報に開
示さねている。「発明が解決しようとする課題」ところで、上述のようにして合成された楽音信号に対し
て複雑な音色の変化を与えたいという要求が生じること
がある。この場合、所望の音色の変化が得られるような
伝達関数を有するフィルタを遅延フィードバック型楽音
合成装置あるいはウェーブガイドを用いた楽音合成装置
の出力部に接続することにより、上記要求に対応してい
た。しかしなから、実現しようとする音色の変化が複雑
かつ微妙である場合には高次のフィルタを用意すること
が必要となり、装置全体が大蜆模になってしまうという
問題があった。この発明は、装置規模を大きくすることなく、複雑かつ
微妙な音色調整機能を有する楽音合成装置を提供するこ
とを目的としている。「課題を解決するための手段Ｊこの発明は、少なくとも複数の遅延素子を閉ループ状に
接続してなる閉ループ手段と、前記閉ループ手段におけ
る所定のノードに励振信号を入力する手段と、前記閉ループ手段における複数のノードから遅延位相の
互いに異なった信号を取り出し、各々の信号に対して所
望のフィルタ演算に対応した乗算係数を乗じると共に、
それらの乗算結果を加算し、楽音信号として出力する音
色調整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、閉ループ手段において、入力された
励振信号の循環が繰り返される。そして、閉ループ手段
内の複数のノードから遅延位相の互いに異なっｆこ信号
が取り出され、各々の信号に対してフィルタ演算用の係
数が乗算されると共に、各乗算結果が加算され、楽音信
号として出力される。「実施例」以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

【本発明の原理】

第１図はこの発明の詳細な説明するブロック図である。１は遅延フィードバック型楽音形成部であり、各々が１
サンプリング周期の遅延時間を有し、カスケード接続さ
れたｎ個の遅延素子Ｄ＋−Ｄｎと、音響損失付与の１コ
ヌのフィルタ、減衰係数を乗算する係数乗算器、および
ピッチ調整用の遅延回路等からなる信号処理回路２と、
加算器３とか閉ループ状に接続されてなる。そして、波
形発生回路４によって例えばインパルス波形等の多くの
周波数成分を含んだ初期波形が発生され、この初期波形
が加算器３から遅延フィードバック型楽音合成［１内に
導入され、ループ内を循環することにより、減衰音の形
成が行われる。加算器３の出力信号および遅延素子Ｄ１
〜Ｄｎの各出力信号は、各々、乗算器Ｍ０〜Ｍｎに与え
られて、所望のフィルタ演算に対応した係数ａ０〜ａｎ
が乗算される。そして、これらの乗算結果が加算器５に
よって加算され、加算結果が楽音信号として出力される
。ここで、信号処理回路２の伝達関数をＦ　（ｚ）とする
と、波形発生器４から供給される波形又と、加算器５か
ら得られる楽音信号波形Ｙとの間の伝達関数は下記式（
＋）のようになる。 −ｚＦ上記式（１）に示すように、第１図の構成の伝達関数は
、遅延フィードバック型楽音合成部１本来の伝達関数１
／（１−ｚ　　Ｆ）と、ｎ次のＦＩＲ（有限インパルス
応答）フィルタの伝達関数すなわち、遅延フィードバック型楽音合成ｉ１に対し、
別途ＦＩＲフィルタを接続した場合と全く同等な伝達関
数が実現される。このように、フィルタ演算に必要な遅
延処理を行う手段と、閉ループ手段における遅延処理を
行う手段とを共用するようにしたので、装置規模を大き
くすることなく、複雑かつ微妙な音色調整を行うことが
できる。

【第１実施例】第２図はこの発明をピアノ、ギター等の減衰音の楽音合
成装置に適用した場合の構成例を示すしのである。なお
、この図において、前述した第１図と対応する部分には
同一の符号を付し、その説明を省略する。この楽音合成
装置は、図示しない演奏操作子（例えば鍵盤等）が操作
されることによって発生されるキーオン信号ＫＯＮおよ
び発音すべき音高を指定するピッチ情報ＰＩＴＣＨが供
給される。第２図において、可変遅延回路１４は、１サップリング
周期の遅延時間を有する遅延素子ＤＤ〜ＤＤｍをカスケ
ード接続してなるソフトレジスタとセレクタ６によって
構成される。遅延素子Ｄｎの出力は可変遅延回路１４に
おける第１段目の遅延素子ＤＤ、に入力され、遅延素子
ＤＤ、〜ＤＤｍの各遅延出力はセレクタ６に入力される
。そして、係数制御ｗＩ７によってピッチ情報ＰＩＴＣ
）（に対応した遅延指定情報が奈生され、その整数部ｋ
がセレクタ６にセレクト情報として与えられる。この結果、遅延素子ＤＤ、〜ＤＤｍの各遅延出力の中か
らｋに対応した遅延出力が選択されて出力される。すな
わち、１サンプリング周期をτとした場合、遅延素子Ｄ
ｎの出力はにτだけ遅延されてセレクタ６から出力され
、可変遅延回路１５へと送られる。この実施例の場合、
遅延素子Ｄ１〜Ｄｎが固定の遅延回路として介挿されて
いるので、ピッチ情報Ｐ　Ｉ　ＴＣＨに対応した楽音周
波数の逆数から、遅延素子り、〜Ｄｎの総遅延時間を差
し引い１こ遅延時間が、遅延指定情報によって指定され
る。可変遅延回路１５では、セレクタ６からの出力信号が乗
算器１０に入力されると共に、遅延素子８によって１サ
ンプリング周期遅延されて乗算器９に入力される。これ
らの乗算器９およびＩＯには、遅延指定情報の小数部す
および１−ｂが各々乗算係数として与えられる。そして
、乗算器９および１０の出力が加算器１１によって加算
されて出力される。この可変遅延回路１５によれば、Ｉ
サンプリング周期前後して入力される２つの信号の直線
補間が行われ、遅延回路８に入力される信号が実効的に
ｂτだけ遅延されて加算器１１から出力される。加算器１１の出力信号はローパスフィルタ１２のフィル
タ特性に応じて各周波数成分が減衰される。そして、ロ
ーパスフィルタ１２の出力信号に対し、所望の減衰エン
ベロープに応じて決定される減衰係数７が乗算器１３に
よって乗じられ、この乗算結果が加算器３に帰還される
。波形発生部４ａは、例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ
）によって実現され、初期波形の波形値のサンプル列が
記憶されている。音色制御および音高制御の安定性を考
えた場合、発生しようとする楽音の音高に応じて初期波
形の周波数を変えることが望ましい。従って、発生する
全音域を例えばオクターブ単位に分割し、分割によって
得られた各区分毎に最適な周波数の初期波形を記憶する
ようにしている。このような構成において、演奏操作子か操作され、キー
オン信号ＫＯＮおよびピッチ情報ＰＩＴＣＨが発生され
ると、波形発生部４ａからピッチ情報Ｐ　Ｉ　ＴＣＨに
対応した初期波形が読み出される。そして、この続出波
形は、加算器３−遅延回路り、〜Ｄｎ＝可変遅延回路Ｉ
４−可変遅延回路１５−ローパスフィルタ１２−乗算器
１３からなる閉ループに導入され、以後、減衰しつつ閉
ループ内を循環する。そして、加算器３の出力信号および遅延素子Ｄ１〜Ｄｎ
の各遅延出力にフィルタ演算用の係数ａ０〜ａｎが乗算
され、各乗算結果か加算されて変音信号として出力され
る。

【第２実施例】第３図は、この発明をクラリネットの楽音合成装置に適
用した場合の構成例を示すものである。同図において、励振回路２０はクラリネットにおけるマ
ウスピース部に対応しており、共振回路４０はクラリネ
ットの共鳴管に対応している。また、励振回路２０と共
振回路４０との間に介挿されるジャンクシコン３０は、
マウスピース部と共鳴管との接続部における空気圧力波
の散乱をシミュレ鼻、シたものである。このジャンクシ
ョン３０では、共振回路４０からの出力信号と励振回路
１０の出力信号が加算器３１によって加算されて共振回
路４０に入力され、加算器３１の出力信号と共振回路４
０の出力信号が加算器３２によって加算されて励振回路
２０に入力されるようになっている。励振回路２０は、減算器２１、フィルタ２２および２３
、加算器２４、ＲＯＭ２５、乗算器２６．２７およびＩ
ＮＶとで構成される。そして、楽音発生時、係数制御部
５０から吹奏圧を指定する信号Ｐ、エンブンユア（マウ
スピースを口にくわえる時の圧力）を指定する信号Ｅが
与えられる。減算器２１には、共振回路４０からジャン
クション３０を介して入力される信号、すなわち、共鳴
管内あるいは共鳴管終端部において反射され、マウスピ
ース部に到来する空気圧力波の空気圧に相当する信号Ｐ
Ｒと、吹奏圧に相当する信号Ｐが入力される。そして、
減算器２１によって信号ＰＲから信号Ｐが減算され、ク
ラリネットのリードに加わる空気圧に相当する信号ＰＡ
が得られる。減算器２１の出力信号ＰＡはフィルタ２２によって帯域
制限される。このフィルタ２２は１次のローパスフィル
タによって構成されており、励振回路２０と共振回路４
０との間を循環する信号の振幅が特定周波数において著
しく大きくならないようにするために介挿されている。そして、フィルタ２２の出力信号Ｐ工はフィルタ２３７
こ入力されると共に、乗算器ＩＮＶによって反転されて
乗算器２６に入力される。信号Ｐ、はフィルタ２３を介
すことにより、高周波成分が除去される。これにより、
急激な圧力変化を吸収するリードの応答特性がシミュレ
ートされる。そして、加算器２４によって、フィルタ２３の出力信号
Ｐ、に対し、エンブンユアに相当する信号Ｅが加算され
、実際にリードに加えられる圧力に相当する信号Ｐ３が
求められる。そして、この信号Ｐ、がＲＯＭ　２５にア
ドレスとして与えられる。これにより、ＲＯＭｌ５内に
予め記憶された非線形関数のテーブルが参照され、リー
ドとマウスピース部との間隙の断面積、すなわち、空気
流に対するアドミッタンスに相当する信号Ｙが出力され
る。そして、信号Ｙと信号−Ｐｌとが乗算器２６によっ
て乗算され、リードとマウスピース部との間隙を通過す
る空気の流速に相当する信号ＦＬが得られる。そして、信号ＰＬに対し、乗算器２７によって乗算係数
Ｇが乗じられる。ここで、乗算係数Ｇは共鳴管Ｊこおけ
るマウスピース部の取り付は部付近の管径に応じて決ぬ
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２７からは、共鳴管のマウスピース側の入
口において発生する空気の圧力変化に相当する信号が得
られる。そして、この信号がノヤンクション３０を介し
、共振回路４０に入力される。共振回路４０において、遅延素子り、〜Ｄｎによって、
リードと、共鳴管における最初のトーンホール（音孔）
との間を空気圧力波が往復伝播する場合に発生する遅延
がシミュレートされる。ジャンクンタンＪＵＩは、リード側から数えた第１番目
のトーンホールの近傍における空気圧力波の散乱をシミ
ュレートしたものであり、本実施例の場合、乗算器ＭＪ
、〜ＭＪい加算器ＡＪ、およびＡ　Ｊ　ｔからなる４乗
算格子によって構成されている。ここで、乗算器ＭＪ、
−ＭＪ、には、対象とするトーンホールの開閉状態に応
じて決定される乗算係数に、、に、、　１−　ｋ、、−
ｋ、が各々係数制御部５０によって与えられる。ジャンクシコンＪＵ、の後段には、共鳴管における各ト
ーンホール間の長さに対応した遅延時間を有する遅延回
路Ｄ　Ｌ　＋〜ＤＬｆｆが、ジャンクンヨンＪＵ、と同
等な構成のジャンクジタンを介してカスケード接続され
ている（図示路）。そして、最終段の遅延回路ＤＬ＆の
出力は、ローパスフィルタ４１によって帯域開隔され、
さらに乗算器４２によって負の係数δが乗算され、カス
ケード接続されたジャンクションを逆に介し、さらにジ
ャンクション３０を介して励振回路２０の減算器２１に
帰還される。このような構成において、図示しない操作子が操作され
て楽音の発生指示がなされると、吹奏圧Ｐおよびエンブ
シュアＥに相当する信号が係数制御部５０によって発生
され、励振回路２０に供給される。また、各トーンホー
ルの開閉状態に対応し、各トーンホールに対応したジャ
ンクション（ＪＵ、および後続の図示しないジャンクシ
ョン）の係数乗算係数に１．に＋、　１　　ｋ＋、　　
ｋｌ、〜、ｋｌ２．ｋｉ！、　１−　ｋ（！、−に＆が
決定され、各々対応するジャンクションに供給される。そして、吹奏圧ＰおよびエンブンユアＥに基づく励振信
号が励振回路２０から出力される。この信号はジャンク
ンタン３０を介し、共振回路４０に入力される。そして
、ジャンクンタン３０を介して入力された信号は、共振
回路４０内の各所で折り返され、再びノヤンクション３
０を介して励振回路２０に帰還される。そして、励振回
路２０では共振回路４０から帰還した信号と、当該時点
における吹奏圧ＰおよびエンブンユアＥに基づき上述し
た信号処理が行われ、新たな励振信号がノヤンクション
３０を介し、共振回路４０に入力される。以下同様の動
作が行われ、励振回路２０と共振回路４０との間で信号
の循環が行われる。そして、共振回路４０における遅延素子り、の入力信号
および遅延素子Ｄ１〜Ｄｎの各遅延出力に対し、乗算器
Ｍ０〜Ｍｎによってフィルタ演算用の係数ａ。−ａｎが
乗算され、各乗算結果が加算器５によって加算されて楽
音信号として出力される。なお、上記実施例では、音色調整用のＦＩＲフィルタを
楽音合成装置内に１個設けた例を説明したが、複数箇所
に設けてもよい。また、この場合、複数のＦＩＲフィル
タの出力を混合して出力するようにしてらよい。また、
ＦＩＲフィルタを構成するのに閉ループ手段（上記実施
例における遅延フィードバック型楽音形成部および共振
回路）と共用する遅延回路の段数は、必要とされるフィ
ルタ演算の次数に対応し、任意に決定し得る。また、発
生する楽音の周波数が高い場合、それに合わせて閉ルー
プ手段の総遅延時間を小さくすることが困難になること
が考えられる。しかし、この場合、フィルタ演算の次数
を下げ、ＦＩＲフィルタとして使用する遅延回路の段数
を減らすことにより、閉ループ手段の総遅延時間を所望
の音高に適した値にすることが可能である。「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、少なくとも複
数の遅延素子を閉ループ状に接続してなる閉ループ手段
と、前記閉ループ手段における所定のノードに励振信号
を入力する手段と、前記閉ループ手段における複数のノ
ードから遅延位相の互いに異なり１；信号を取り出し、
各々の信号に対して所望のフィルタ演算に対応した乗算
係数を乗じると共に、それらの乗算結果を加算し、楽音
信号として出力する音色調整手段とを投けたので、装置
規模を大きくすることなく、複雑かつ微妙な音色調整を
行うことが可能な楽音合成装置を実現することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を説明するブロック図、第
２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３図はこの発明の第２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。ｌ・・・・遅延フィードバック型楽音形成部、Ｄ、〜Ｄ
ｎ・・　１サンプリング周期遅延素子、Ｍ０〜Ｍｎ・乗
算器、５・・・・加算器。

Claims

【特許請求の範囲】少なくとも複数の遅延素子を閉ループ状に接続してなる
閉ループ手段と、前記閉ループ手段における所定のノードに励振信号を入
力する手段と、前記閉ループ手段における複数のノードから遅延位相の
互いに異なった信号を取り出し、各々の信号に対して所
望のフィルタ演算に対応した乗算係数を乗じると共に、
それらの乗算結果を加算し、楽音信号として出力する音
色調整手段とを具備することを特徴とする楽音合成装置。