JPH0573066A

JPH0573066A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH0573066A
Application number: JP3234634A
Authority: JP
Inventors: Takenori Yamamori; 丈範山森
Original assignee: Roland Corp
Current assignee: Roland Corp
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JP2945184B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は楽音に相当する信号を電気的に模擬し
て生成する、複数の弦を模擬した複数の第１ウェーブガ
イドと共鳴体を模擬した第２ウェーブガイドとを備えた
楽音合成装置に関し、耳障りなうなり音を生じさせず、
アコースティックな楽器から発音される楽音の音質と近
似した音質の合成楽音を発生させる。【構成】複数の弦をそれぞれ模擬した複数の第１ウェー
ブガイドの、各ブリッジを模擬した散乱ジャンクション
と、響板等の共鳴体を模擬した第２ウェーブガイドとの
間に、上記散乱ジャンクションを経由して出力された各
弦振動信号を１つにまとめる別の散乱ジャンクションを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、楽音に相当する信号を
電気的に模擬して生成する楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子楽器は、アコースティックな
楽器の楽音波形を符号化してＲＯＭメモリ等に記録して
おき、押鍵情報等の楽音情報に対応した楽音波形を該Ｒ
ＯＭメモリ等から読出して再生する方式が一般的であ
る。しかし、アコースティックな楽音では演奏の状況に
応じて多彩な楽音が発音されるが、上記の方式を用いて
これを実現するには極めて膨大な容量のメモリが必要と
なり、実現は不可能である。

【０００３】そこで、近年、アコースティックな楽器の
発音メカニズムを電気的に模擬して合成楽音を発生させ
る楽音合成装置が提案されている。例えばピアノ等の打
弦楽器の楽音を合成する手法として弦における振動の伝
播遅延と音響損失とを模擬したウェーブガイド（以後弦
の振動を模擬したウェーブガイドを「第１ウェーブガイ
ド」と称する）が知られている。また、アコースティッ
クな楽器では、例えばピアノの響板等の共鳴体を備えて
いることから、この共鳴体を模擬したウェーブガイド
（以後共鳴体を模擬したウェーブガイドを「第２ウェー
ブガイド」と称する）も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばピア
ノ等では複数（通常３本）の弦を同時にハンマーで叩い
て１つの楽音を発音するように構成されており、これら
複数の弦は全く同じ音高にチューニングするのではな
く、音程が違っているように聞こえない範囲で心地よく
聞こえるように僅かにディチューンされている。

【０００５】これを模擬するために複数の弦それぞれに
対応して複数の第１ウェーブガイドを備えることが考え
られる。しかし、複数の第１ウェーブガイドを備えた場
合に、これら複数の第１ウェーブガイドのそれぞれで生
成された弦振動信号を、どのようにして共鳴体を模擬し
た第２ウェーブガイドに伝達するかが問題となる。

【０００６】本発明者の実験によると、複数の第１ウェ
ーブガイドで得られた互いにディチューンされた複数の
弦振動信号を、単に互いに足し合わせて第２ウェーブガ
イドに入力すると耳障りなうなりが聞こえ、心地よく響
き合うように聞こえるアコースティックな楽器から発音
される楽音とはかけ離れたものとなってしまうという問
題が生じた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、複数の弦を模
擬した複数の第１ウェーブガイドと共鳴体を模擬した第
２ウェーブガイドとを備えた楽音合成装置において、耳
障りなうなり音を生じさせず、アコースティックな楽器
から発音させる楽音の音質と近似した音質の合成楽音を
発生させる楽音合成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の楽音合成装置は、弦の振動を模擬した、弦に
振動を付与する力に相当する初期信号を入力するための
第１散乱ジャンクションとブリッジに相当する第２散乱
ジャンクションとを中間に備えた弦振動信号を発生する
複数の第１ウェーブガイドと、前記初期信号を発生す
る、前記複数の第１ウェーブガイドの前記各第１散乱ジ
ャンクションと接続された初期信号発生手段と、前記弦
振動信号に対する共鳴信号を発生する、響板等の共鳴体
に相当する第２ウェーブガイドと、前記複数の第１ウェ
ーブガイドの前記各第２散乱ジャンクションと前記第２
ウェーブガイドとの間に備えられた、該各第２散乱ジャ
ンクションを経由して出力された各弦振動信号を１つに
まとめる第３散乱ジャンクションとを備えたことを特徴
とするものである。

【０００９】ここで、「散乱ジャンクション」とは音響
的なインピーダンスのミスマッチングの部分を模擬した
ものをいい、その部分では波の反射（信号の戻り）と波
の透過（信号の、散乱ジャンクションの反対側への伝
達）とが生じる。

【００１０】

【作用】上記本発明の楽音合成装置は、各弦の振動を模
擬した各第１ウェーブガイドに備えられた、アコーステ
ィックな楽器におけるブリッジに相当する各第２散乱ジ
ャンクションと、共鳴体を模擬した第２ウェーブガイド
との間に第３散乱ジャンクションを備え、各第２散乱ジ
ャンクションを経由して出力された各弦振動信号が第３
散乱ジャンクションを経由した後に第２ウェーブガイド
に入力されるように構成したため、各第１ウェーブガイ
ドで生成された各弦振動信号が、この第３散乱ジャンク
ションで、該各弦振動信号を発生した各第１ウェーブガ
イド自身に反射されると共に、この第３散乱ジャンクシ
ョンを経由して、該各弦振動信号を発生した各第１ウェ
ーブガイド以外の各第１ウェーブガイドにも互いに入り
込み、これにより従来のアコースティックな楽器のより
精密な模擬が行われることとなり、耳障りなうなり音の
ない響きあう感じの音感のよい合成楽音が発生される。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る楽音合
成装置の信号流れ図である。この図において、矢印は信
号の流れを表わし、Ｚ^-a（ａ＝１、ｄｌ１、ｄｒ１、…
等）が記載されたブロックは、基本クロック信号のａ周
波数分だけ遅延させる遅延回路を表わしている。また、
三角形は掛算器を表わし、入力が１つで近傍に−１、ｉ
ｎｈ１、ｔａｄｊ１、…等の数値、記号（定数を表わ
す）が付記されているものは、入力に付記された数値、
記号が掛算され、複数の入力を持つものは、それら複数
の入力が互いに掛算される。また、〇中に十が記された
符号は加算器を表わしており、加算器の入力線の近傍に
−（マイナス記号）が付記されている場合は、その入力
線からの入力は符号を反転して加算する（すなわち減算
する）ことを意味している。また、その他の特殊なブロ
ックについては図中に説明されている。

【００１２】この図１の信号流れ図を説明するに当り、
先ず概括的に説明し、その後必要に応じて各部分毎に詳
細に説明する。（全体構成）この図１において、初期信号発生手段１０
０は、ピアノにおけるハンマーを模擬したものであり、
この初期信号発生手段１００から半周期分の正弦波信号
が出力され、３本の弦をそれぞれ模擬した３系統の第１
ウェーブガイドの各第１散乱ジャンクション１１０、３
１０、５１０から該３系統の第１ウェーブガイドに入力
される。

【００１３】第１ウェーブガイドに入力された信号のう
ち、図の左方に進む信号は、遅延回路１２０、３２０、
５２０を経由して左方に進み、各弦のナットの部分に対
応する掛算器１３０、３３０、５３０で−１が掛算され
（弦を伝わる進行波の位相がナットで反転されて反射波
となることに対応している。）、第１オールパスフィル
タ１４０、３４０、５４０を経由し、第２オールパスフ
ィルタ１５０、３５０、５５０を経由し、さらに遅延回
路１６０、３６０、５６０を経由して第１散乱ジャンク
ション１１０、３１０、５１０に戻るようにループが構
成されている。ここで第１オールパスフィルタ１４０、
３４０、５４０及び第２オールパスフィルタ１５０、３
５０、５５０は基本クロック信号の一周期よりも短い時
間だけ信号を遅らせる回路であるが、第１オールパスフ
ィルタ１４０、３４０、５４０では、掛算器１４１、３
４１、５４１の倍率ｉｎｈ１、ｉｎｈ２、ｉｎｈ３が負
であり、したがって、相対的に周波数の高い高周波信号
ほどこの第１オールパスフィルタ１４０、３４０、５４
０を経由したことによる遅れは小さい。ここでピアノ弦
の振動の高調波は基本波の整数倍ではなく、僅かに高周
波数側にずれていることが知られているが、第１オール
パスフィルタ１４０、３４０、５４０はこれを模擬する
ものであり、周波数の高い高調波信号ほど遅れが小さい
ことからこの周波数の高い高調波信号ほど第１ウェーブ
ガイド内を速く往復し、したがってこの周波数の高い高
周波信号ほど高周波側にずれることとなる。また第２オ
ールパスフィルタ１５０、３５０、５５０はその掛算器
１５１、３５１、５５１の倍率ｔａｄｊ１、ｔａｄｊ
２、ｔａｄｊ３は正であり、したがって、ほぼ周波数に
よらずに互いに同一の基本クロック信号の一周期未満の
遅延が与えられ、これにより信号の周波数の微調整及び
各第１ウェーブガイド間のディチューンが行われる。こ
れはピアノの弦の長さや張力の微調整に対応する。この
ようにして各第１散乱ジャンクション１１０、３１０、
５１０に戻った信号の一部はこの第１散乱ジャンクショ
ン１１０、３１０、５１０で反射されて再度左側に進行
し、その他はこの第１散乱ジャンクション１１０、３１
０、５１０を通過して図のさらに右側に進む。

【００１４】第１散乱ジャンクション１１０、３１０、
５１０から図の右側に進んだ信号は、各遅延回路１７
０、３７０、５７０を経由して、ブリッジを模擬した各
第２散乱ジャンクション１８０、３８０、５８０に達す
る。この第２散乱ジャンクション１８０、３８０、５８
０に達した信号の一部はこの第２散乱ジャンクション１
８０、３８０、５８０で反射されて図の左側に進み、遅
延回路１９０、３９０、５９０を経由して第１散乱ジャ
ンクション１１０、３１０、５１０に戻り、他の一部は
この第２散乱ジャンクション１８０、３８０、５８０の
さらに図の右側に進み、ブリッジを境とした、本来の弦
振動を担う弦の延びる側とは反対側に延びる短かい弦を
模擬した部分２００、４００、６００を経由した後第２
散乱ジャンクション１８０、３８０、５８０に戻る。ま
た各第２散乱ジャンクション１８０、３８０、５８０
は、ブリッジが有限の大きさを有することを模擬した部
分２１０、４１０、６１０を介して第３散乱ジャンクシ
ョン７００と結合されている。またこの第３散乱ジャン
クション７００は、ピアノの響板を模擬した第２ウェー
ブガイド８００にも接続されている。したがって、各第
１ウェーブガイドで発生され、各第１ウェーブガイドの
各第２の散乱ジャンクション１８０、３８０、５８０を
経由して第３散乱ジャンクション７００に達した各弦振
動信号は、この第３散乱ジャンクション７００で反射さ
れてその各弦振動信号が発生された各第１ウェーブガイ
ドに戻ると共に、この第３散乱ジャンクション７００を
経由してその各弦振動信号が発生された各第１ウェーブ
ガイド以外の第１ウェーブガイドにも伝達され、これに
より各第１ウェーブガイドで発生する弦振動信号が、互
いに影響を受けあったものとなり、うなり音が生じるこ
とが防止されると共に互いに響きあう良好な音色の合成
楽音が生成されることとなる。またこの第３散乱ジャン
クション７００を経由した各弦振動信号は第２ウェーブ
ガイド８００にも入力される。この実施例における第２
ウェーブガイド８００は３つの散乱ジャンクション８０
１、８０２、８０３で結合された３本のウェーブガイド
（往復の遅延回路）で構成されており、この第２ウェー
ブガイド８００において第３散乱ジャンクション７００
を経由して入力された各弦振動信号に起因して発生され
た共鳴信号もその一部が第３散乱ジャンクション７００
を経由して各第１ウェーブガイドにも伝達される。この
第２ウェーブガイド８００の２つの散乱ジャンクション
８０２、８０３からは２つの出力信号Ｌｏｕｔ、Ｒｏｕ
ｔが取り出され、図示しないＤ／Ａ変換器によりそれぞ
れアナログ信号に変換されさらに適宜増幅されて左右２
つのスピーカ（図示せず）から楽音が発音される。（初期信号発生手段）初期信号発生手段１００は、基本
的には正弦波発振器であり、初期設定時に遅延回路１０
１、１０２にそれぞれ所定の定数Ｖ₀ 及び０を設定し、
信号発生回路１０３により図中に示すようにｘ≧０のと
きのみ所定の定数ｈｕｍを出力するように構成すること
により、半周期分の正弦波信号（以下、「半波正弦波」
と呼ぶ）が出力される。ただし、このままでは正確に半
周期ではなくｘ＜０となった後の最初の基本クロック信
号が入力された時点まで信号が出力されるため、ゲート
回路１０４を設け、ｘ≧０のときのみ信号が出力される
ように構成されている。

【００１５】ここで、所定の定数Ｖ₀ はピアノの弦を叩
くハンマーの初速度に対応しており、この定数Ｖ₀ を変
化させることにより半波正弦波の振幅が変化する。ま
た、発信周波数をｆ、基本クロック信号の周波数をｆｓ
としたとき、ｈｕｍ＝２ｓｉｎ（π・ｆ／ｆｓ） …（１）の関係が成立し、したがって所定の定数ｈｕｍにより半
波正弦波のパルス幅（周波数ｆが変化する。このパルス
幅が狭いほど硬い感じの合成楽音となる。

【００１６】この初期信号発生手段１００で発生された
半波正弦波は、第１散乱ジャンクション１１０、３１
０、５１０から各第１ウェーブガイド内に入力される。（遅延回路）第１散乱ジャンクション１１０、３１０、
５１０のナット（掛算器１３０、３３０、５３０）側の
遅延回路１２０、１６０；３２０，３６０；５２０、５
６０の遅延量と、ブリッジ（第２散乱ジャンクション１
８０、３８０、５８０）側の遅延回路１７０、１９０；
３７０、３９０；５７０、５９０の遅延量との合計が弦
の長さ（ナットとブリッジとの間の長さ）に相当する。（第１散乱ジャンクション）第１散乱ジャンクション１
１０、３１０、５１０はピアノの弦がハンマーで叩かれ
る部分を模擬したものであり、弦の長さに相当する合計
の遅延量をナット側の遅延回路１２０、１６０；３２
０、３６０；５２０、５６０とブリッジ側の遅延回路１
７０、１９０；３７０、３９０；５７０、５９０とにど
のように分配するかにより、弦のハンマーで叩かれる位
置が定まることになる。

【００１７】この弦をハンマーで叩く位置により最終的
に合成された楽音はかなり変化する。またこの弦をハン
マーで叩く位置を各弦（各第１ウェーブガイド）毎に少
しずつずらすと、アコースティックな楽器に近い豊かな
音色の合成楽音となる。ここで、弦がハンマーで叩かれ
る時点即ちこの第１散乱ジャンクション１１０、３１
０、５１０に半波正弦波が入力される時点では弦はまだ
振動していない（第１ウェーブガイド中に有効な信号が
伝送されていない）ため、第１散乱ジャンクション１１
０、３１０、５１０に入力された半波正弦波は掛算器１
１１、３１１、５１１で２乗されてハニングパルスとし
て弦（第１ウェーブガイド）に入力されることになる。（オールパスフィルタ）ピアノの弦の振動の高調波を模
擬するオールパスフィルタ１４０、３４０、５４０、及
び弦の長さを微調整するためのオールパスフィルタ１５
０、３５０、５５０についてその伝達関数ＧはいずれもＧ＝（ａ＋Ｚ^-1）／（１＋ａＺ^-1） ……（２）と表わされる。ここでａは、掛算器１４１、３４１、５
４１；１５１、３５１、５５１の倍率ｉｎｈ１、ｉｎｈ
２、ｉｎｈ３、ｔａｄｊ１、ｔａｄｊ２、ｔａｄｊ３で
あり、−１≦ａ≦１である。

【００１８】ここで、−１≦ａ≦０の場合は位相特性が
平坦ではなく、そのオールパスフィルタを通過する信号
の周波数に応じて高周波数の信号ほど遅れが少なく、し
たがって高周波の信号ほど弦の長さが短いことに相当
し、高い高調波ほど整数倍よりも周波数の高い側にずれ
るというピアノの特性に適合させることができることと
なる。

【００１９】また、０≦ａ≦１の場合は、位相特性は周
波数にはあまり依存せずに平坦であってこのａの値によ
りその遅延量が基本クロック信号の一周期よりも短い時
間内で変化し、したがってこのａの値を調節することに
より弦の長さを微調整することができ、また複数の弦を
ディチューンすることができる。（第２散乱ジャンクション）第２散乱ジャンクション１
８０、３８０、５８０はブリッジを模擬した部分であ
り、この第２散乱ジャンクション１８０、３８０、５８
０と、これに隣接する、ブリッジを境とした、本来の弦
振動を担う弦の延びる側とは反対側に延びる短い弦を模
擬した部分２００、４００、６００とを併せた部分の、
弦に反射される波（遅延回路１９０、３９０、５９０側
に進む信号）を表わした伝達関数Ｇ１及びブリッジを経
由して響板に伝わる波（第２散乱ジャンクション１８
０、３８０、５８０から第３散乱ジャンクション７００
側に進む信号）を表わした伝達関数Ｇ２は、それぞれＧ１＝−ｂｚ^-1／｛１−（１−ｂ）Ｚ^-1｝ …（３）Ｇ２＝（１−Ｚ^-1）／｛１−（１−ｂ）Ｚ^-1｝ …（４）と表わされる。ここで、ｂは、ｂｉｎｔ１、ｂｉｎｔ
２、ｂｉｎｔ３を代表させた定数であり、０≦ｂ≦１で
ある。またここでは簡単のため、ｂｓｔｒ１、ｂｓｔｒ
２、ｂｓｔｒ３は１に固定されている。

【００２０】ここで、実際のピアノでは弦の端部では１
次の相補型のローパスフィルタとハイパスフィルタが形
成され、そのハイパスフィルタを通った波が楽音として
放音され、残りのローパスフィルタを通った波は位相が
反転してもとの弦に反射されると言われている。上記
（３）、（４）式は正にその現象を表わしている。即ち
（３）は自身の第１ウェーブガイドに戻る信号に対する
伝達関数であって、符号が反転（位相が逆転することに
対応している）した１次のローパスフィルタを表わして
おり、（４）式は響板を模擬した第２ウェーブガイド８
００側に伝達される信号に対する伝達関数であって１次
のハイパスフィルタを表わしている。（第３散乱ジャンクション）第３散乱ジャンクション７
００は、各弦のブリッジに相当する第２散乱ジャンクシ
ョン１８０、３８０、５８０の入出力３組と、響板を模
擬した第２ウェーブガイド８００の入出力とを結合した
ものであり、これにより各弦の振動間に干渉が生じ（即
ち各第１ウェーブガイド間に信号の混合が起こり）、こ
れによりディチューンされた各弦（周波数の僅かに異な
る信号を伝達する各第１ウェーブガイド）から互いに響
きあう感じの音質のよい合成楽音が生成される。ここで
仮にｂｉｎｔ１、ｂｉｎｔ２、ｂｉｎｔ３を０とするこ
とにより、第３散乱ジャンクション７００から散乱ジャ
ンクションの機能をなくしこの第３散乱ジャンクション
７００を各弦の振動（各第１ウェーブガイドと生成され
る信号）を単に加算する加算器に近似したものとする
と、各第１ウェーブガイド間の信号の混合がなくなり
（ディチューンした弦を互いに独立にならすことに相当
する）、うなり音がまともに聞こえ、アコースティック
なピアノの楽音とはかけ離れたものとなってしてしま
う。ここでは３本の弦（３つの第１ウェーブガイド）に
それぞれ備えられた第２の散乱ジャンクション１８０、
３８０、５８０を第３散乱ジャンクション７００でまと
め、適度に信号の反射が生じるようにｂｉｎｔ１、ｂｉ
ｎｔ２、ｂｉｎｔ３を調整したため、良好な音質の楽音
が合成されることとなる。（第２ウェーブガイド）第２ウェーブガイド８００は、
ピアノの響板を模擬したものであり、ここでは前述した
ように３本のウェーブガイドを３つの散乱ジャンクショ
ンで結ぶ構成としたが、このウェーブガイドの組み合わ
せ方は種々に考えられ、このウェーブガイドの組合せ方
（トポロジー）によってさまざまな共鳴状態が表現でき
る。したがって例えばアコースティックなピアノの音に
近付ける目的等に応じてこの第２ウェーブガイドを種々
に構成することができる。

【００２１】なお、この第２ウェーブガイド以外の他の
各部分についても上記実施例で示した構成に限られず、
公知の手法を用いて種々に構成できることは言うまでも
ない。また上記実施例ではアコースティックなピアノを
モデルとした実施例であるが、本発明の楽音合成装置
は、ピアノを模擬したものに限られず、ギター、バイオ
リン等を模擬したものであってもよく、さらには、アコ
ースティックな楽器としては現実には存在しない電子楽
器独自の楽音を合成するものであってもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の楽音合成
装置は、複数の弦をそれぞれ模擬した複数の第１ウェー
ブガイドの第２散乱ジャンクションと、響板等の共鳴体
を模擬した第２ウェーブガイドとの間に、該第２散乱ジ
ャンクションを経由して出力された複数の各弦振動信号
を１つにまとめる第３散乱ジャンクションを備えたた
め、耳障りな音を発生させることなく各弦の振動が響き
あう感じの良好な音質の楽音を合成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る楽音合成装置の信号流
れ図である。

【符号の説明】

１００初期信号発生手段１１０、３１０、５１０第１散乱ジャンクション１２０、１６０、１７０、１９０、３２０、３６０、３
７０、３９０、５２０、５６０、５７０、５９０遅延回路１４０、１５０、３４０、３５０、５４０、５５０オ
ールパスフィルタ１８０、３８０、５８０第２散乱ジャンクション７００第３散乱ジャンクション８００第２ウェーブガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弦の振動を模擬した、弦に振動を付与す
る力に相当する初期信号を入力するための第１散乱ジャ
ンクションとブリッジに相当する第２散乱ジャンクショ
ンとを中間に備えた弦振動信号を発生する複数の第１ウ
ェーブガイドと、前記初期信号を発生する、前記複数の第１ウェーブガイ
ドの前記各第１散乱ジャンクションと接続された初期信
号発生手段と、前記弦振動信号に対する共鳴信号を発生する、響板等の
共鳴体に相当する第２ウェーブガイドと、前記複数の第１ウェーブガイドの前記各第２散乱ジャン
クションと前記第２ウェーブガイドとの間に備えられ
た、該各第２散乱ジャンクションを経由して出力された
各弦振動信号を１つにまとめる第３散乱ジャンクション
とを備えたことを特徴とする楽音合成装置。