JPH06289877A

JPH06289877A - 楽音合成装置及び楽音分析装置

Info

Publication number: JPH06289877A
Application number: JP5079306A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakanishi; 雅浩中西; Daisuke Mori; 大輔森; Atsuko Tanaka; 温子田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】楽器の発音機構を電子回路で実現する楽音合
成装置に関し、響板や胴と、弦との干渉動作をシミュレ
ートすることにより、自然楽器に忠実な楽音を得ること
ができる楽音合成装置を提供することを目的とする。【構成】加算器３０２と減算器１０３と遅延回路３０
３で構成される循環系の回路である弦の等価回路が弦の
振動に相当する弦の振動データを発生し、一方響板や胴
をシミュレートしたフィルタ１０１が響板や胴の振動に
相当する合成データを発生し、乗算器１０２が合成デー
タに帰還ゲインを乗算した乗算結果である帰還データを
発生し、弦の等価回路中の減算器１０３が弦の振動デー
タと帰還データとの減算を行い減算結果を遅延回路３０
３に入力するすることにより、簡単な回路構成で響板や
胴と、弦の干渉動作がシミュレートされ、ピアノやバイ
オリンなどの楽器音に忠実な楽音を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アコースティック楽器
の物理構造をディジタル電子回路で近似した楽音合成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ディジタル技術の進歩により、電子
ピアノやシンセサイザのようなディジタル電子回路を応
用した楽音合成装置が数多く開発されている。その中に
おいてアコースティック楽器の発音機構を解析し、これ
をディジタル電子回路に置き換えて実現した楽音合成装
置が提案されている（例えば特開平３−１７４５９３号
公報「楽音合成装置」）。前記特許公報では、ピアノ，
バイオリン，ギターのような弦楽器の発音機構を複数の
遅延回路や減算器などで実現した楽音合成装置が開示さ
れている。

【０００３】以下図面を参照しながら、上述したような
楽音合成装置について説明する。図１９はピアノやバイ
オリンなどの弦楽器の弦の発音機構を表わす模式図であ
る。

【０００４】図１９において、弦はＡ点およびＣ点にて
支持されている。弦をたたく、あるいはこする等の演奏
操作によりＢ点に駆動入力が入力され、破線矢印で示し
た方向に駆動入力が伝搬していく。Ａ点およびＢ点にお
いては伝搬してきた波形が反射（反転）され再びＢ点の
方向に戻る。この動作を繰り返し行うことにより弦の振
動が生じることになる。

【０００５】図２０は従来の楽音合成装置のブロック図
を示すものである。なお、図２０に示すブロック図は図
１９に示す弦楽器の弦の発音機構を各種回路素子を用い
てシミュレートしたものである。

【０００６】図２０において、２００１は波形メモリ２
００２に対するアドレスを発生し波形メモリ２００２内
部に記憶された駆動データの読み出しを行うアドレス発
生部、２００２は駆動データ（例えばピアノにおけるハ
ンマーが弦をたたくときに弦に与えられる力に相当）を
記憶した波形メモリ、２００３は減算器２００６の減算
結果を所定時間遅延させる遅延回路、２００４は減算器
２００５の減算結果を所定時間遅延させる遅延回路、２
００５は駆動データＤと遅延回路２００３から出力され
たデータとの減算を行う減算器、２００６は駆動データ
Ｄと遅延回路２００４から出力されたデータとの減算を
行う減算器、２００７は遅延回路２００３の遅延動作を
制御する遅延制御回路、２００８は遅延回路２００４の
遅延動作を制御する遅延制御回路、２００９は遅延回路
２００３，２００４の遅延時間に相当する遅延量データ
Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ遅延制御回路２００７，２００８
へ指示する遅延量指示回路、２０１０はピアノの響板な
どの共鳴器をシミュレートしたフィルタである。

【０００７】図２１はアドレス発生回路２００１の回路
図を示すものである。図２１において、２１０１は音程
指示データｆを波形メモリ２００２に対するアドレスの
ステップ幅△ＳＴＤに変換するテーブル、２１０２はテ
ーブル２１０１が出力したステップ幅△ＳＴＤとレジス
タ２１０３に一時記憶された前回のアドレス値との加算
を行う加算器、２１０３は加算器２１０２の加算結果で
あるアドレス値を一時記憶するレジスタ、２１０４は加
算器２１０２の加算結果であるアドレス値に対して値１
または値０を加算する加算器である。なお、加算器２１
０４において値０が加算された場合のアドレス値をＡＤ
Ｒ１、値１が加算された場合のアドレス値をＡＤＲ２と
する。テーブル２１０１は音程指示データｆをアドレス
として（数１）に基づきステップ幅△ＳＴＤを決定する
ものである。ここでテーブルに関する補足を行うが、以
後各実施例において各種数式に基づくテーブルがでてく
る。これらのテーブルはテーブルに入力される変数（音
程指示データｆなど）をアドレスとしてテーブルから出
力されるべき変数の値を読み出すものであり、あらかじ
め各数式の関係式に基づく特性カーブがメモリに記憶さ
れたものであるとする。さて、メモリ２２０１（図２２
参照）に記憶された駆動データＤは合成データの周波数
が１００Ｈｚの時に対応するサンプルデータであるもの
とする。従って合成データとして２００Ｈｚの音程にす
る場合は、１ポイントの読みとばし（△ＳＴＤ＝２）に
よって駆動データをメモリ２２０１から読み出すことと
なる。

【０００８】

【数１】

【０００９】図２２は波形メモリ２００２の回路図を示
すものである。図２２において、２２０１は駆動データ
Ｄを記憶したメモリ、２２０２はメモリ２２０１から読
み出された駆動データ（ＡＤＲ１に対応）を保持するラ
ッチ、２２０３はメモリ２２０１から読み出された駆動
データ（ＡＤＲ２に対応）を保持するラッチ、２２０４
は値１からアドレス値ＡＤＲ１の小数部分を減算する減
算器、２２０５はラッチ２２０２が保持している駆動デ
ータと減算器２２０４の減算結果との乗算を行う乗算
器、２２０６はラッチ２２０３が保持している駆動デー
タとアドレス値の小数部分との乗算を行う乗算器、２２
０７は乗算器２２０５，２２０６の乗算結果どうしの加
算を行う加算器である。

【００１０】以上の処理はＡＤＲ１及びＡＤＲ２に対応
した駆動データの線形補間演算を行うもので、補間演算
結果が駆動データＤとして図２０の減算器２００５，２
００６に送出される。

【００１１】図２３は遅延回路２００３及び２００４の
回路図を示すものである。図２３において、２３０１は
入力されたデータを一時記憶するメモリ（リングメモリ
形式）、２３０２はメモリ２３０１から読み出されたデ
ータと乗算器２３０６の乗算結果との減算を行う減算
器、２３０３は減算器２３０２の減算結果を１サンプリ
ング時間Ｔｓ分遅延させる遅延器、２３０４は遅延器２
３０３から読み出されたデータと乗算器２３０５の乗算
結果とを加算する加算器、２３０５はメモリ２３０１か
ら読み出されたデータと図２０の遅延制御回路２００
７，２００８が指示したフィルタ係数Ｃとの乗算を行う
乗算器、２３０６は加算器２３０４の加算結果と図２０
の遅延制御回路２００７，２００８が指示したフィルタ
係数Ｃとの乗算を行う乗算器である。なお、図２３にお
いて、メモリ２３０１は入力されたデータを１サンプリ
ング時間単位でＭ１段またはＭ２段遅延させる遅延器と
して作用するものである。また、メモリ２３０１を除く
回路をオールパスフィルタ２３０７とする。オールパス
フィルタ２３０７はメモリ２３０１から読み出されたデ
ータに対して１サンプリング時間Ｔｓ内の微小時間分、
遅延させる遅延器として作用する。

【００１２】図２４は遅延量指示回路２００９の回路図
を示すものである。図２４において、２４０１は音程指
示データｆに基づき、図２０の遅延回路２００３，２０
０４及び減算器２００５，２００６で構成されるループ
全体の遅延段数Ｍ（遅延時間をサンプリング時間Ｔｓで
除算したもの）を決定するテーブル、２４０３は遅延段
数Ｍと駆動位置データｄとの乗算を行い乗算結果を遅延
量データＭ１として図２０の遅延制御回路２００７に送
出する乗算器、２４０４は遅延段数Ｍと減算器２４０２
の減算結果（１−ｄ）との乗算を行い乗算結果を遅延量
データＭ２として図２０の遅延制御回路２００８に送出
する乗算器である。なお、駆動位置データｄとは図１９
における弦の全体長ＡＣ間に対するＡＢ間の比率に相当
し、弦の中央を駆動した場合は駆動位置データｄの値は
０．５となる。テーブル２４０１は音程指示データｆを
アドレスとして（数２）に基づき遅延段数Ｍを読み出す
ものである。

【００１３】

【数２】

【００１４】図２５は遅延制御回路２００７，２００８
の回路図を示すものである。図２５において、２５０１
は鍵盤などの押鍵により発生した発音開始フラグｋｏｎ
によりリセットされるとともに、その後システムクロッ
クＳＣＫの発生タイミング（サンプリング時間Ｔｓの間
隔で発生）で書き込みアドレスのインクリメント動作を
行うカウンタ、２５０２は図２３のメモリ２３０１の全
体語長ＭＡＸ＿ＡＤＲ（例えば２０４８段とする）と遅
延量データＭ１またはＭ２の整数部分ｉｎｔ（Ｍ１），
ｉｎｔ（Ｍ２）との減算を行う減算器、２５０３は書き
込みアドレスと減算器２５０２の減算結果との加算を行
い加算結果を読出しアドレスとして遅延回路２００３，
２００４に送出する加算器、２５０４は遅延量データＭ
１またはＭ２の小数部分ｆｒａｃ（Ｍ１），ｆｒａｃ
（Ｍ２）に基づき、図２３に示す遅延回路２００３，２
００４のフィルタ係数Ｃ１またはＣ２の値を決定するテ
ーブルである。なお、テーブル２５０４はｆｒａｃ（Ｍ
１），ｆｒａｃ（Ｍ２）をアドレスとして（数３）に基
づきフィルタ係数Ｃ１，Ｃ２を読み出すものである。

【００１５】

【数３】

【００１６】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。

【００１７】まず図２０において、鍵盤などの押鍵によ
り発音開始フラグｋｏｎが発生する。このタイミングで
アドレス発生回路２００１が波形メモリ２００２内のメ
モリ２２０１のアドレッシングを開始する。アドレスの
ステップ幅△ＳＴＤはテーブル２１０１が（数１）を実
行することにより決定される。このステップ幅△ＳＴＤ
を加算器２１０２とレジスタ２１０３によって累算さ
れ、更に、加算器２１０４により累算結果に値０を加算
することによりアドレスＡＤＲ１が、また、累算結果に
値１を加算することによりＡＤＲ２が決定される。アド
レスＡＤＲ１，ＡＤＲ２は波形メモリ２００２（メモリ
２２０１）に送出され、それぞれのアドレスの整数部分
の値に相当する番地に記憶された駆動データＤ１，Ｄ２
が読み出される。そして、アドレスＡＤＲ１の小数部分
の値ｆｒａｃ（ＡＤＲ１）に基づき、（数４）に示す補
間演算が図２２のメモリ２２０１を除く回路によって実
行され駆動データＤが決定される。

【００１８】

【数４】

【００１９】駆動データＤは減算器２００５，２００６
に入力され、遅延回路２００３，２００４及び減算器２
００５，２００６で構成されるループ状の回路を循環す
ることにより弦の振動に相当するデータが生成されてい
く。そして、このデータはフィルタ２０１０に送出さ
れ、例えばピアノの響板などの共鳴器の特性に近いフィ
ルタリング処理がなされることにより合成データが得ら
れる。なお、この循環動作は図１９に示した弦の振動動
作に対応しており、Ｂ点からＡ点に伝搬する経路は図２
０において、減算器２００６から遅延回路２００３を介
して減算器２００５への経路に相当し、Ｂ点からＣ点に
伝搬する経路は、減算器２００５から遅延回路２００４
を介して減算器２００６への経路に相当する。さて、別
の従来の楽音合成装置（特開平４−９６０００号公報）
によると、図２０に示す楽音合成装置のディレイルー
プ、即ち遅延回路２００３，２００４，減算器２００
５，２００６で構成される循環系の回路中に位相シフタ
（オールパスフィルタ）を挿入し、この位相シフタのフ
ィルタ係数を制御することによって楽音データの非調和
倍音成分を制御できる楽音合成装置が開示されている。
この楽音合成装置によると位相シフタの位相シフト量
（位相遅れ時間）が高い周波数ほど大きいという特性を
利用し、特にピアノのなどの硬い弦による振動といった
剛体中の振動の伝搬をより忠実に実現し、金属的な合成
音を得ることができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、ピアノの響板やバイオリンの胴と、弦と
の干渉動作まではシミュレートすることができないた
め、より原音に忠実な合成データを得ることができなか
った。また、位相シフタの位相シフト量を制御したとき
に音程（基本周波数成分の位相シフト量）までも変化し
てしまうという問題点を有していた。また、波形メモリ
２００２内のメモリ２２０１に記憶する駆動データの値
をどのようにして求めるか開示されていないので、原音
に忠実な合成データを得ることができなかった。

【００２１】本発明は上記問題点に鑑み、響板や胴と、
弦との干渉動作までシミュレートし原音に忠実な合成デ
ータを得ることができる楽音合成装置を提供することを
目的とするものである。

【００２２】また、音程を変化させずに合成音の非調和
倍音成分を制御することのできる楽音合成装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００２３】また、駆動データの値をピアノやバイオリ
ンなどのアコースティック楽器の原音から抽出する楽音
分析装置を提供することを目的とするものである。

【００２４】また、駆動データの値をピアノやバイオリ
ンなどのアコースティック楽器の原音から抽出する分析
装置と駆動データを用いた楽音合成装置を組み合わせる
ことにより、原音に忠実な合成データを得ることができ
る楽音分析合成装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の楽音合成装置は、弦の等価回路であるディ
レイループと、響板あるいは胴の等価回路であるディジ
タルフィルタと、ディレイループ中に挿入された減算器
を備えたものである。

【００２６】また、本発明の楽音合成装置は、弦の等価
回路であるディレイループと、そのディレイループ内に
挿入された位相シフタと、位相シフタの位相シフト量を
制御する位相シフト制御回路と、位相シフタの位相シフ
ト量に応じてディレイループの遅延時間長を制御する遅
延量制御回路を備えたものである。

【００２７】また、本発明の楽音分析装置は、楽器の発
音機構をシミュレートした楽音合成装置の逆伝達特性を
有し、原音から駆動データを抽出する駆動データ抽出回
路と、楽音合成装置の合成に用いられるパラメータの値
を実際の楽器の演奏や原音から求め駆動データ抽出回路
に設定するパラメータ検出装置を備えたものである。

【００２８】また、本発明の楽音分析合成装置は、前記
楽音分析装置と楽器の発音機構をシミュレートした楽音
合成装置と楽音分析装置が抽出した駆動データを楽音合
成装置に転送する転送回路を備えたものである。

【００２９】

【作用】上記した構成により、弦の等価回路であるディ
レイループが出力した弦の振動に相当するデータに基づ
き、響板あるいは胴の等価回路であるディジタルフィル
タが響板あるいは胴の振動に相当する合成データを生成
し、更に減算器が振動データと合成データとの減算を行
い減算結果をディレイループにフィードバックさせるこ
とにより、響板や胴と弦との干渉動作までシミュレート
する。

【００３０】また、位相シフト制御回路が位相シフタの
位相シフトを制御した際、遅延量制御回路が基本周波数
の位相シフト量を検出し、そのシフト量に応じた遅延時
間をディレイループの遅延時間長から減算し補正したも
のを新たなディレイループの遅延時間として制御する。

【００３１】また、パラメータ検出装置が、実際の楽器
の演奏や原音から合成に用いるパラメータ値を求め、こ
のパラメータ値と楽器の原音に基づき、駆動データ抽出
回路が駆動データを抽出する。

【００３２】また、楽音分析装置が抽出した駆動データ
を転送回路が楽音合成装置に転送し、この駆動データを
用いた合成データを発生させる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００３４】図１は本発明の第１の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、１０１は響板や胴の等価回路に相当するフィルタ、
１０２はフィルタ１０１が出力する合成データに帰還ゲ
インＫを乗算する乗算器、１０３は減算器２００５の減
算結果と乗算器１０２の乗算結果との減算を行う減算器
である。その他の構成要素は図２０に示す従来の楽音合
成装置と同様である。

【００３５】図２（Ａ）はフィルタ１０１の回路図であ
る。図２（Ａ）において、２０１は減算器２００５の減
算結果とフィルタ係数ｅとの乗算を行う乗算器、２０２
は乗算器２０１における乗算結果を１サンプリング時間
Ｔｓだけ遅延させる遅延器、２０３は遅延器２０２から
入力されたデータとフィルタ係数−ｄとの乗算を行う乗
算器、２０４は乗算器２０３における乗算結果と乗算器
２０１における乗算結果との加算を行う加算器、２０５
は乗算器２０６における乗算結果と加算器２０４におけ
る加算結果との加算を行う加算器、２０６は遅延器２１
０から入力されたデータとフィルタ係数−ｃとの乗算を
行う乗算器、２０７は加算器２０５における加算結果と
乗算器２０９における乗算結果との加算を行う加算器、
２０８は加算器２０７における加算結果を１サンプリン
グ時間Ｔｓだけ遅延させる遅延器、２０９は遅延器２０
８から入力されたデータとフィルタ係数ｂとの乗算を行
う乗算器、２１０は遅延器２０８から入力されたデータ
を１サンプリング時間Ｔｓだけ遅延させる遅延器、２１
１は乗算器２０１から入力されたデータと値-1/2との乗
算を行う乗算器、２１２は乗算器２１１における乗算結
果と加算器２０７における加算結果との加算を行い加算
結果を合成データとして出力する加算器である。

【００３６】図２（Ｂ）は、ピアノの響板やバイオリン
の胴のアナログ等価回路である。但し、ここでは響板や
胴はただ一つの共振モードしかもたない共鳴器と仮定し
たので、ひとつのコイルとコンデンサから構成される。
また、響板や胴のタッピングテストでは時間的に振動が
減衰することがみとめられているので抵抗も加えた。図
２（Ｂ）において、２２０は響板や胴の質量を決定する
コイル、２２１は響板や胴の振動の減衰を決定する抵
抗、２２２は響板や胴の振動の復元力を決定するコンデ
ンサである。なお、図２（Ｂ）のアナログ等価回路をデ
ィジタル化したものが図２（Ａ）に示したフィルタ１０
１の回路図である。図２（Ｂ）のアナログ等価回路の微
分方程式（ｓ領域）を（数５）に示す。また、（数５）
に対してインパルス不変法を適用してｚ領域の方程式に
変換したものを（数６）に示す。

【００３７】

【数５】

【００３８】

【数６】

【００３９】（数６）に示す方程式を回路化したものが
図２（Ａ）に示す回路である。なお、Ｌ，Ｃの制御、す
なわちフィルタ係数b,-c,-d,eの制御により共鳴周波数
を変化させることができる。なお、Ｌ，Ｃは実際の物理
量をサンプリング周期Ｔｓで正規化した量であることに
注意しなければならない。また、図２（Ａ）の回路への
入力は弦からの駆動力に相当するものでＶ⁺で表わし、
出力は響板や胴と、弦との接合点の振動速度に相当する
ものでＩで表す。

【００４０】以上のように構成された本発明の第１の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。

【００４１】まず図１において、従来の楽音合成装置と
同様にして駆動データＤが減算器２００５，２００６に
入力される。そして、弦の等価回路であるディレイルー
プ即ち遅延回路２００３，２００４及び減算器２００
５，２００６，１０３で構成される循環系の回路中を駆
動データＤが循環することによって、弦の振動に相当す
る動作がシミュレートされる。弦の振動が響板や胴に伝
えられる部分は減算器２００５の出力の部分に相当し、
ここから響板や胴に相当するフィルタ１０１にデータが
入力される。フィルタ１０１において、響板や胴が有し
ている固有の共鳴特性に相当するフィルタリングがなさ
れ、フィルタリングされたデータが合成データとして出
力される。なお、減算器２００５の出力はＶ⁺に相当す
る。一方、合成データは乗算器１０２に対して帰還され
る。ここでディレイループ即ち遅延回路２００３，２０
０４及び減算器２００５，２００６，１０３で構成され
る循環系の回路は、弦や伝送線路あるいは音響管などの
振動を伝搬するモデルの等価回路化において一般的に用
いられている差分方程式による手法によって導き出され
たものである（音声合成の声道モデルの同定などで知ら
れている）。差分方程式による手法によって導き出され
た弦の等価回路においては、弦の任意の座標点（例えば
図１９のＡ，Ｂ，Ｃ点）において作用する力は、その点
を図１９における右向き方向に伝搬する力と、左向き方
向に伝搬する力の和として表すことができる。一般的
に、前者（右向き）の力を進行波とすると後者の力は後
退波と呼ばれ、本実施例においては、それぞれＶ⁺，Ｖ^-
で表わすものとする。Ｖ⁺，Ｖ^-の関係は任意の点（例え
ば図１９のＣ点，図１の減算器２００５の出力部分）に
おいて（数７）が成立する。なお、（数７）のＩはその
点における弦の速度に相当するものである。

【００４２】

【数７】

【００４３】（数７）の関係式を回路で実現したもの
が、乗算器１０２と減算器１０３であり、これらの回路
によって響板や胴に相当するフィルタ１０１から帰還さ
れる合成データを弦のモデルに入力する。この動作が響
板や胴と、弦との干渉動作に相当する。

【００４４】以上のように本実施例によれば、乗算器１
０２及び減算器１０３が、響板や胴の振動に相当する合
成データを弦のモデルであるディレイループ、即ち遅延
回路２００３，２００４と減算器２００５，２００６，
１０３で構成される循環系の回路にフィードバックする
ので、響板や胴と弦との干渉動作までもシミュレートで
き、ピアノやバイオリンのようなアコースティック楽器
音に忠実な楽音を合成することができる。

【００４５】図３は本発明の第２の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図３の楽音合
成装置は図１の楽音合成装置の弦のモデルに相当するデ
ィレイループの構成に対して改良を加えたものである。
図３において、３０１は駆動データＤと遅延回路２００
３から読み出されたデータとの減算を行う減算器、３０
２は減算器３０１の減算結果と遅延回路３０３から読み
出されたデータとの加算を行う加算器、３０３は減算器
１０３の減算結果を所定時間遅延させた後に加算器３０
２に対して送出する遅延回路、３０４は遅延回路２００
３，３０３の遅延時間を決定する遅延量指示回路であ
る。その他の構成要素は図１の楽音合成装置と同様であ
る。なお、遅延量指示回路３０４は音程指示データｆと
駆動位置データｄに基づき（数８）を実行するものであ
る。

【００４６】

【数８】

【００４７】遅延回路３０３は、図１の楽音合成装置の
遅延回路２００３，２００４をカスケード接続したもの
と等価な回路である。即ち、遅延回路３０３の遅延時間
は遅延回路２００３，２００４のそれぞれの遅延時間Ｍ
１，Ｍ２の和に相当する。

【００４８】以上のように構成された本発明の第２の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図１の楽音合成装置と同
様であるので、それとの相違点にのみついて説明する。
図１における遅延回路２００３，２００４と減算器２０
０５，２００６，１０３で構成される循環系の回路は、
図３における遅延器２００３と減算器３０１と遅延回路
３０３と加算器３０２と減算器１０３で構成される回路
と比較すると構成は異なるがフィルタ１０１に送出する
データは等しいものとなる。但し、図１の遅延量指示回
路２００９よりも図３の遅延量指示回路３０４の回路構
成の方が簡単になる。それは遅延量指示回路２００９が
（数９）を実行していたのに対し、遅延量指示回路３０
４は（数８）を実行するものであるからである。

【００４９】

【数９】

【００５０】（数８）と（数９）を比較すると遅延量指
示回路３０４の処理、即ち回路構成の方が簡単であるこ
とがわかる。

【００５１】以上のように本実施例によれば、第１の実
施例に比較してより簡単な回路構成で響板や胴と弦との
干渉動作がシミュレートでき、ピアノやバイオリンのよ
うなアコースティック楽器音に忠実な楽音を合成するこ
とができる。

【００５２】図４は本発明の第３の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図４におい
て、４０１は予め図３の楽音合成装置の減算器３０１の
減算結果をメモリした波形メモリである。その他のブロ
ックは図３の楽音合成装置と同様である。

【００５３】以上のように構成された本発明の第３の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図３の楽音合成装置と同
様であるので、それとの相違点にのみついて説明する。
異なる点は波形メモリ２００２が駆動データ、即ちピア
ノを例にとればハンマーが弦に与える振動そのものを記
憶していたのに対し、波形メモリ４０１は図１９におい
て、ハンマーが弦に与える駆動入力と、その入力がＡ点
方向に伝搬しＡ点で反射（反転動作を含む）して再びＢ
点に戻ってきた振動を含めたものを記憶しておくものと
する。即ち、図３の楽音合成装置において減算器３０１
の減算結果であるデータを波形メモリ４０１は記憶して
おくものとする。

【００５４】以上のように本実施例によれば、第１，第
２の実施例に比較してより簡単な回路構成で響板や胴と
弦との干渉動作がシミュレートでき、ピアノやバイオリ
ンのようなアコースティック楽器音に忠実な楽音を合成
することができる。

【００５５】図５は本発明の第４の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図５におい
て、５０１は弦の等価回路、５０２は音程指示データｆ
に基づき、帰還ゲインＫの値を決定する帰還量制御回路
である。その他のブロックは図１の楽音合成装置と同様
である。弦の等価回路５０１は図１の楽音合成装置にお
ける遅延回路２００３，２００４及び減算器２００５，
２００６，１０３で構成される循環系の回路を用いても
よい。また、図３における遅延器２００３と減算器３０
１と遅延回路３０３と加算器３０２と減算器１０３で構
成される回路、あるいは図４における遅延回路３０３と
加算器３０２と減算器１０３で構成される回路を用いて
もよい。一般的にピアノの場合、鍵盤の位置（音程）に
よって駆動される弦の種類、即ち弦の張力Ｔ，綿密度σ
が異なるため、帰還ゲインＫの値が異なる（（数７）を
参照のこと）。帰還量制御回路５０２は音程に応じて帰
還ゲインＫの値を決定するテーブルであり、（表１）に
示す関係に基づき帰還ゲインＫの値を決定する。これら
の値は弦の張力Ｔと綿密度σの実測値から（数７）に基
づき算出したもので、MKS単位系に準拠している。

【００５６】

【表１】

【００５７】以上のように構成された本発明の第４の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図１の楽音合成装置と同
様であるので、それとの相違点のみ説明する。まず鍵盤
などの押鍵により、鍵盤の位置に対応した音程指示デー
タｆが帰還量制御回路５０２にテーブルアドレス値とし
て入力され、（表１）に示すテーブルを参照し、帰還ゲ
インＫの値を読出し、乗算器１０２に送出する。乗算器
１０２は帰還ゲインＫの値に応じた帰還データを弦の等
価回路５０１に帰還する。

【００５８】以上のように本実施例によれば、帰還量制
御回路５０２が音程に応じて帰還ゲインＫの値を制御す
るので、特にピアノのような音程と弦の種類が対応して
いるアコースティック楽器において、音程に応じた響
板，胴と弦との干渉動作をシミュレートすることができ
る。

【００５９】図６は本発明の第５の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図６におい
て、６０１はギタータイプなどの入力装置からどの弦が
おさえられたかといった弦ナンバー情報から帰還ゲイン
Ｋの値を決定する帰還量制御回路である。その他のブロ
ックは図５の楽音合成装置と同様である。帰還量制御回
路６０２は弦ナンバー情報をアドレスとして帰還ゲイン
Ｋの値を読み出すテーブルであるとする。

【００６０】以上のように構成された本発明の第５の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図５の楽音合成装置と同
様であるので、それとの相違点のみ説明する。ギターや
バイオリンはピアノと異なり、同じ音程でも弦の種類を
変えて演奏する場合がある。例えばギターにおいて第１
弦（最も細い弦）を開放弦の状態ではじくとＥ₄（329.6
3Hz）の音が発音されるが、第２弦の第５フレットを押
えた状態ではじいても同じくＥ₄（329.63Hz）の音が発
音される。第１弦と第２弦では張力，綿密度の値が異な
るため弦と胴との結合度合（帰還ゲインＫの値）が異な
り、このことも音色の違いに影響を与えている。帰還量
制御回路６０１はギタータイプの入力装置の指板上（弦
毎に）に取り付けた押圧センサなどから決定される弦ナ
ンバーに基づき帰還ゲインＫの値を乗算器１０２に送出
する。

【００６１】以上のように本実施例によれば、帰還量制
御回路６０１がギタータイプなどの入力装置からどの弦
が押えられたかという弦ナンバー情報に基づき帰還ゲイ
ンＫの値を制御するので、特にギターやバイオリンのよ
うな音程と弦の種類が一対一には対応していないアコー
スティック楽器において、同一音程でも押える弦の種類
に応じて響板，胴と弦との干渉動作を切り替える、即ち
音色の違いを実現することができる。

【００６２】図７は本発明の第６の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図７におい
て、７０１はギタータイプなどの入力装置からどの弦が
おさえられたかといった弦ナンバー情報に基づき、その
弦の長さＬと綿密度σを決定するテーブル、７０２は音
程指示データｆとテーブル７０１が出力する弦の長さＬ
と綿密度σとに基づき帰還ゲインＫを決定する帰還量制
御回路である。その他のブロックは図６の楽音合成装置
と同様である。帰還量制御回路７０２は（数１０）に示
す関係に基づき帰還ゲインＫの値を決定するテーブルと
する。

【００６３】

【数１０】

【００６４】以上のように構成された本発明の第６の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図６の楽音合成装置と同
様であるので、それとの相違点のみ説明する。特にギタ
ーの演奏において、弦を指でひっぱる（チョーキング）
ことにより音程を少し高くすることがしばしば行われ
る。これは弦の張力Ｔを強くしたために音程があがるも
のである。張力Ｔを変更した場合、音程の変化に応じ
（数１０）により胴と弦との干渉動作に変化が生じ、結
果として音色も変わってくる。この作用を実現するめに
テーブル７０１は入力装置から弦の長さＬと綿密度σを
検出し、帰還量制御回路７０２は、音程指示データｆと
弦の長さＬと綿密度σに基づき（数１０）を実行するこ
とにより帰還ゲインＫの値を決定する。

【００６５】以上のように本実施例によれば、検出回路
７０１がギタータイプなどの入力装置からどの弦のどの
フレットが押えられたかという弦ナンバー情報に基づき
弦の長さＬと綿密度σを決定し、帰還量制御回路７０２
が弦の長さＬと綿密度σに応じて帰還ゲインＫの値を制
御するので、特にギターやバイオリンのような音程と弦
の種類が一対一には対応していないアコースティック楽
器において、チョーキングなどの弦の押え方に応じて響
板，胴と弦との干渉動作を切り替えることにより、演奏
に応じた音色変化を実現することができる。

【００６６】図８は本発明の第７の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図８におい
て、８０１，８０２，８０３は弦の等価回路、８０４，
８０５，８０６は合成データと弦の等価回路８０１，８
０２，８０３への帰還ゲインＫ１，Ｋ２，Ｋ３を乗算す
る乗算器、８０７は弦の等価回路８０１，８０２，８０
３から送出されたデータの累積加算を行う累算器であ
る。その他のブロックは図１の楽音合成装置と同様であ
る。なお、弦の等価回路８０１，８０２，８０３は図１
の楽音合成装置における遅延回路２００３，２００４及
び減算器２００５，２００６，１０３で構成される循環
系の回路を用いてもよい。また、図３における遅延器２
００３と減算器３０１と遅延回路３０３と加算器３０２
と減算器１０３で構成される回路、あるいは図４におけ
る遅延回路３０３と加算器３０２と減算器１０３で構成
される回路を用いてもよい。図８の楽音合成装置は、例
えばピアノの響板に複数（ここでは３本）の弦がはられ
た状態で、各弦の振動が響板を介して共振しあう動作を
シミュレートしたものである。ギターやバイオリンなど
における各弦の共振動作も同様にしてシミュレートする
ことができる。

【００６７】以上のように構成された本発明の第７の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。まず鍵盤などの押鍵により発音開始フラ
グｋｏｎ１が弦の等価回路８０１にセットされ処理を開
始する。また音程指示データｆ１，ｆ２，ｆ３は予じめ
弦の等価回路８０１，８０２，８０３に設定されている
ものとする。弦の等価回路８０１は弦の振動に相当する
データを累算器８０７に送出する。累算器８０７は累算
結果、即ち響板への駆動力（各弦からの駆動力の合成力
とみなせるが、この場合弦の等価回路８０１のみの駆動
力となる）に相当するデータをフィルタ１０１に入力
し、フィルタ１０１はその駆動力に応じた振動波形（合
成データ）を出力する。合成データは乗算器８０４，８
０５，８０６に帰還され、（数７）における左辺の項、
即ちＫＩが算出され、それぞれ弦の等価回路８０１，８
０２，８０３に帰還される。帰還されたデータにより弦
の等価回路８０２，８０３も弦の振動に相当するデータ
を累算器８０７に出力し始める。なお、弦の等価回路８
０２，８０３がシミュレートする弦の振動は、響板の振
動のみから得られた微小な振動に相当するものである。
そして、累算器８０７の累算結果は再びフィルタ１０
１、乗算器８０４，８０５，８０６を介して、弦の等価
回路８０１，８０２，８０３に帰還される。

【００６８】以上のように本実施例によれば、累算器が
弦の等価回路８０１，８０２，８０３が出力する各弦の
振動の和をフィルタ１０１に送出し、フィルタ１０１は
響板の振動に相当するデータ（合成データ）を乗算器８
０４，８０５，８０６を介して弦の等価回路８０１，８
０２，８０３に帰還するので、ピアノやバイオリンのよ
うに、響板や胴を介した各弦が共振しあう動作を実現す
ることができる。

【００６９】図９は本発明の第８の実施例における楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。図９におい
て、９０１は加算器３０２の加算結果である合成データ
の位相をシフトする位相シフタ、９０２は音程指示デー
タｆと位相シフト量指示データＪに基づき位相シフタ９
０１のフィルタ係数Ｋを決定するとともに遅延量指示回
路９０３に遅延量補正データＨを送出する位相シフタ制
御回路、９０３は音程指示データｆと遅延量補正データ
Ｈに基づき遅延回路３０３の遅延時間を決定する遅延量
データを発生する遅延量指示回路である。その他のブロ
ックは図４の楽音合成装置と同様である。

【００７０】図１０は位相シフタ９０１の回路図を示す
ものである。この回路は図２３に示すオールパスフィル
タ２３０７と全く同じ回路構成である。

【００７１】図１１は位相シフタ制御回路９０２の回路
図を示すものである。図１１において、１１０１は音程
指示データｆと位相シフト量指示データＪに基づきフィ
ルタ係数Ｋを決定するテーブル、１１０２は音程指示デ
ータｆとフィルタ係数Ｋに基づき遅延量補正データＨを
決定するテーブルである。なお、テーブル１１０１にお
いて、音程指示データｆと位相シフト量指示データＪと
フィルタ係数Ｋとの間には（数１１）に示す関係が成り
立つ。

【００７２】

【数１１】

【００７３】また、テーブル１１０２において、音程指
示データｆとフィルタ係数Ｋと遅延量補正データＨの間
には（数１２）に示す関係が成り立つ。

【００７４】

【数１２】

【００７５】図１２は遅延量指示回路９０３の回路図を
示すものである。図１２において、１２０１はテーブル
２４０１から読み出されたデータから遅延量補正データ
Ｈを減算する減算器である。その他のブロックは図２４
の従来の楽音合成装置と同様である。なお、テーブル２
４０１から読み出されたデータは遅延回路３０３と位相
シフタ９０１と加算器３０２により構成されるディレイ
ループ全体の遅延段数Ｍに相当するものである。

【００７６】図１３は合成データの非調和性の度合を表
わしたもので、横軸が合成データの各周波数成分の次
数、縦軸が調和性のずれを表わすもので単位がセントで
ある。実線が位相シフト量指示データＪが０．００１の
場合の特性で、破線が位相量指示データＪが０．０１の
場合の特性である。少し補足すると、位相シフト量指示
データＪの値が限りなく０に近い時は、位相シフタ９０
１は入力されるデータの周波数にかかわらず同じ遅延時
間分だけ遅延させる（即ち線形位相の）遅延器として作
用するが、位相シフト量指示データＪの値が０．００１
などのオーダーの値になると線形位相とみなせなくな
る。特に高い周波数ほど位相シフト量、即ち遅延時間量
が大きくなり、位相シフト量指示データＪの値が０．０
０１の時、図１３に示すようにパーシャルＮｏが８（合
成データの周波数ｆに対する８倍の周波数成分）では約
２０セントのずれが生じる。ピアノの音はスペクトル構
造が非調和倍音の関係にあることが知られているが、図
１３において、位相シフト量指示データＪの値が０．０
０１の特性にかなり近い。このような位相シフタ９０１
を用いて非調和倍音を形成する楽音合成装置が提案され
ているが、従来例の説明において述べたように位相シフ
タ９０１を用いて非調和倍音を形成させた場合、合成デ
ータの基本周波数ｆも変化する。この変化量を表わした
ものが、遅延量補正データＨである。

【００７７】以上のように構成された本発明の第８の実
施例における楽音合成装置について、以下その動作につ
いて説明する。基本的な動作は図３の楽音合成装置と同
様であるので、その相違点のみについて説明する。位相
シフタ制御回路９０２内のテーブル１１０１が音程指示
データｆと位相シフト量指示データＪの値に基づきフィ
ルタ係数Ｋを生成し、位相シフタ９０１に送出する。位
相シフタ９０１は合成データが位相シフト量指示データ
Ｊの値に応じた非調和倍音を形成するような位相特性を
示すが、合成データの基本周波数は音程指示データｆが
示す値よりも低くなる。なぜならば、遅延回路３０３と
位相シフタ９０１と加算器３０２で構成されるディレイ
ループの全体遅延段数がＭ＋Ｈとなり、位相シフタ９０
１の遅延段数Ｈ分だけ長くなる。このＨ段数分を予め遅
延回路３０３からの遅延段数Ｍから減算することによ
り、ディレイループの全体遅延段数をＭにするの回路
が、遅延制御回路９０３内の減算器１２０１である。

【００７８】以上のように本実施例によれば、位相シフ
ト制御回路９０２が位相シフタ９０１の位相シフト量を
制御した際、遅延量制御回路９０３が基本周波数の位相
シフト量に相当する遅延段数、即ち遅延量補正データＨ
分をディレイループの遅延段数Ｍ＋Ｈから減算させるこ
とにより、ディレイループの遅延段数をＭに保つことが
できる。即ち音程を変化させずに合成音の非調和倍音成
分を制御することができる。

【００７９】図１４は本発明の第９の実施例における楽
音分析装置の構成を示すブロック図である。図１４にお
いて、１４０１はピアノやバイオリンなどの原音波形に
基づき駆動データＤを抽出する駆動データ抽出装置、１
４０２は前記原音を録音した時の楽器の演奏状態（例え
ば弦のどの位置を叩いて音を発生させたかなど）をモニ
タし駆動位置データｄなどのパラメータを検出するパラ
メータ検出装置である。駆動データ抽出回路１４０１
は、楽音合成装置の逆関数を記述する回路であり、即ち
駆動データを入力、合成データを出力とした時の伝達関
数の逆関数である。図２０に示す楽音合成装置を例にと
ると、遅延回路２００３，２００４と源算器２００５，
２００６で構成されるディレイループにおいて、駆動デ
ータを入力Ｘ、合成データを出力Ｙとすると（数１３）
に示すような伝達関数が記述できる。この場合の逆関数
は（数１４）に示すものとなり、（数１４）を回路化し
たものが駆動データ抽出回路１４０１となる。

【００８０】

【数１３】

【００８１】

【数１４】

【００８２】パラメータ検出装置１４０２は、原音波形
を録音したときの、楽器の演奏状態を検出する装置であ
り、例えばピアノの押鍵時にハンマーと弦との接触状態
を写真に記録し（図１９に示すような状態図）、ＡＣ間
の距離とＡＢ間の距離を実測することによって駆動位置
データｄを検出する方法などが考えられる。

【００８３】以上のように構成された本発明の第９の実
施例における楽音分析装置について、以下その動作につ
いて説明する。まず、ピアノやバイオリンはどの楽器の
原音波形をディジタルデータとして録音するとともに、
録音時にパラメータ検出装置１４０２が楽器の演奏状態
をモニタし、駆動位置データｄを検出する。そして検出
した駆動位置データｄを駆動データ抽出装置１４０１に
転送し、（数１３）におけるH(z)及びG(z)の伝達関数を
決定することにより（数１４）の伝達関数を決定する。
駆動データ抽出装置１４０１は録音された原音波形を
（数１４）に従って逆フィルタリングを実行し、駆動デ
ータＤを抽出する。なお本実施例では音程は既知の量で
あるとして取り扱ったが、パラメータ検出装置１４０２
によって検出してもよい。また、駆動データ抽出装置１
４０１がもっと複雑な楽音合成装置の逆関数の場合、即
ち楽音合成装置のパラメータが駆動位置データｄのみな
らず多くのパラメータを有していた場合、パラメータ検
出装置１４０２がそれらのパラメータ全ての値を検出す
るようにすればよい。

【００８４】以上のように本実施例によれば、原音波形
を録音した時の楽器の演奏状態（弦の駆動位置などのパ
ラメータ値）をパラメータ検出装置１４０２が検出し、
検出した値を用いて駆動データ抽出装置が駆動データＤ
を抽出するので、原音波形に対して忠実な駆動データＤ
が求められ、この駆動データＤを用いて合成させた場
合、パラメータ値による音色変化が実際の楽器の変化に
忠実にすることができる。

【００８５】図１５は本発明の第１０の実施例における
楽音分析装置の構成を示すブロック図である。図１５に
おいて、１５０１はピアノやバイオリンなどの原音波形
に基づき弦の駆動位置などのパラメータの値を抽出する
パラメータ抽出回路である。その他のブロックは図１４
の楽音分析装置と同様である。パラメータ抽出回路１５
０１は楽器の演奏状態を直接測定することによって駆動
位置データｄなどのパラメータの値を求めるのではな
く、原音波形を分析することによって自動的に求める回
路である。

【００８６】図１６は駆動データ抽出回路１４０１のも
とになる合成系、即ち図２０に示す楽音合成装置にパル
ス上の駆動データを入力した時の各データを表す波形図
である。図１６において、上段が駆動データＤの波形、
中段が遅延回路２００３の出力波形、下段が減算器２０
０５の減算結果の波形である。この図から減算器２００
５の波形は駆動データＤの波形と駆動データＤの波形を
M1*Ts時間遅延させ反転させた波形を重ね合わせたもの
であることがわかる。この重ね合わせは駆動データＤの
波形形状がどのようなものであっても成り立つ。

【００８７】図１７は図１６に示した減算器２００５の
減算結果の波形に対して自己相関をとった相関特性図を
表すものである。この図において、横軸の全体長を１と
した時、左から距離ｄの所に極小値が現れる。この点は
図１６の減算器２００５の減算結果の波形を時間M1*Ts
ずらしたときに生じる極小値であり、ｄはＭ（遅延回路
２００４，２００５の遅延時間の和）に対するＭ１の比
であることがわかる。即ち駆動位置データｄは図１７か
ら決定される。

【００８８】以上のように構成された本発明の第１０の
実施例における楽音分析装置について、以下その動作に
ついて説明する。まずピアノやバイオリンなどの楽器の
原音波形に対してパラメータ抽出回路１５０１が自己相
関をとる。ピアノやバイオリンも図１９に示すように弦
の位置（ＡＣを除く点を）駆動することによって音を発
生する。例えばＢ点を駆動した場合、音の波形は、駆動
入力がＣ点に伝搬し出力される波形と、Ａ点を反射して
Ｃ点に伝搬し出力される波形が重ね合わされたものとな
る。従って、図１６の下段に示すような、２つの時間波
形が重ね合わされたものと見なせるので、ピアノやバイ
オリンの原音波形に対して自己相関をとることにより、
図１７に示すような相関値（相関値の極小値までの距離
ｄはＡＣ間の距離に対するＡＢ間の距離の比率となる）
が得られる。パラメータ抽出回路１５０１はこの極小値
を駆動位置データｄとして、駆動データ抽出回路１４０
１に送出する。駆動データ抽出回路１４０１は原音波形
と駆動位置データｄに基づき駆動データＤを抽出する。

【００８９】以上のように本実施例によれば、パラメー
タ抽出回路１５０１が原音波形に基づき駆動位置データ
ｄを抽出し、この値を用いて駆動データ抽出装置１４０
１が駆動データＤを抽出するので、原音波形を録音した
時の演奏状態がわからなくても原音波形に対する忠実な
駆動データＤが求められ、この駆動データＤを用いて合
成させた場合、パラメータ値による音色変化が実際の楽
器の変化に忠実にすることができる。

【００９０】図１８は本発明の第１１の実施例における
分析合成装置の構成を示すブロック図である。図１８に
おいて、１８０１は図１４あるいは図１５に示したよう
な楽音分析装置、１８０２は楽音分析装置１８０１が抽
出した駆動データＤを楽音合成装置１８０３内のメモリ
（ＲＡＭなど）に転送する駆動データ転送装置、１８０
３は楽音合成装置である。なお、楽音合成装置は図２０
に示すような従来の楽音合成装置や本発明の第１〜第８
の実施例で示すような楽音合成装置であり、楽音分析装
置１８０１内の駆動データ抽出回路１４０１は楽音合成
装置１８０３に対応した回路でなければならない。即
ち、楽音合成装置１８０３において駆動データＤを入
力、合成データを出力とした時の伝達関数に対して、駆
動データ抽出回路１４０１はそれの逆関数である必要が
ある。また、駆動データ転送回路１８０２はマイクロコ
ンピュータなどで実現でき、取り込んだ駆動データＤを
ＤＭＡ転送などにより楽音合成装置１８０３内のメモリ
に書き込む動作を行うものである。

【００９１】以上のように構成された本発明の第１１の
実施例における分析合成装置について、以下その動作に
ついて説明する。まず、ピアノやバイオリンなどの楽器
の原音波形を楽音分析装置１８０１が分析し、駆動デー
タＤの値を抽出する。抽出された駆動データＤは駆動デ
ータ転送回路１８０２によって楽音合成装置１８０３内
のメモリに転送する。楽音合成装置１８０３は転送され
た駆動データに基づき所望の合成データを得る。楽音分
析装置１８０１と楽音合成装置１８０３は例えば（数１
３）と（数１４）に示したような逆関数の関係にあるた
め、合成データは原音波形と同じ時間波形になる。

【００９２】以上のように本実施例によれば、楽音分析
装置１８０１が原音波形を分析するこによって得られた
駆動データＤを抽出し、駆動データ転送回路１８０２が
駆動データＤを楽音合成装置１８０３内のメモリに転送
・記憶させ、楽音合成装置１８０３がこの駆動データＤ
を用いて合成するので、原音波形に対して忠実な合成デ
ータを得ることができ、更に楽音分析装置１８０１が正
確な駆動位置データｄの値に基づいた分析を行うので、
実際の楽器における駆動位置変化による音色変化に対し
て忠実な音色変化を実現することができる。

【００９３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の減
算器と第２の減算器と第３の減算器と第１の遅延回路と
第２の遅延回路で構成される循環系の回路である弦の等
価回路が弦の振動に相当する弦の振動データを発生し、
一方、響板や胴をシミュレートしたフィルタが響板や胴
の振動に相当する合成データを発生し、乗算器と第３の
減算器が合成データを弦の等価回路に帰還することによ
り、響板や胴と、弦の干渉動作がシミュレートされ、ピ
アノやバイオリンなどの楽器音に忠実な楽音を得ること
ができる。

【００９４】また、第１の加算器と第１の減算器と第２
の減算器と第１の遅延回路と第２の遅延回路で構成され
る循環系の回路である弦の等価回路が弦の振動に相当す
る弦の振動データを発生し、一方、響板や胴をシミュレ
ートしたフィルタが響板や胴の振動に相当する合成デー
タを発生し、乗算器と第３の減算器が合成データを弦の
等価回路に帰還することにより、より簡単な回路構成で
響板や胴と、弦の干渉動作がシミュレートされ、ピアノ
やバイオリンなどの楽器音に忠実な楽音を得ることがで
きる。

【００９５】また、加算器と遅延回路で構成される循環
系の回路である弦の等価回路が弦の振動に相当する弦の
振動データを発生し、一方、響板や胴をシミュレートし
たフィルタが響板や胴の振動に相当する合成データを発
生し、乗算器と第３の減算器が合成データを弦の等価回
路に帰還することにより、更に簡単な回路構成で響板や
胴と、弦の干渉動作がシミュレートされ、ピアノやバイ
オリンなどの楽器音に忠実な楽音を得ることができる。

【００９６】また、弦の等価回路が弦の振動に相当する
弦の振動データを発生し、一方、響板や胴をシミュレー
トしたフィルタが響板や胴の振動に相当する合成データ
を発生し、乗算器が合成データと帰還ゲインを乗算する
ことにより帰還データを弦の等価回路に帰還し、帰還量
制御回路が音程に応じて帰還ゲインを制御することによ
り、例えばピアノなどの音程と弦の種類が対応している
楽器において、音程に応じて響板や胴と、弦の干渉動作
の違い、即ち音色の違いを実現することができる。

【００９７】また、弦の等価回路が弦の振動に相当する
弦の振動データを発生し、一方、響板や胴をシミュレー
トしたフィルタが響板や胴の振動に相当する合成データ
を発生し、乗算器が合成データと帰還ゲインを乗算する
ことにより帰還データを弦の等価回路に帰還し、帰還量
制御回路が弦の種類に応じて帰還ゲインを制御すること
により、例えばギターやバイオリンなどの音程と弦の種
類が一対一に対応していない楽器において、演奏する弦
の種類に応じて響板や胴と、弦の干渉動作の違い、即ち
音色の違いを実現することができる。

【００９８】また、弦の等価回路が弦の振動に相当する
弦の振動データを発生し、一方、響板や胴をシミュレー
トしたフィルタが響板や胴の振動に相当する合成データ
を発生し、乗算器が合成データと帰還ゲインを乗算する
ことにより帰還データを弦の等価回路に帰還し、テーブ
ルが弦の種類に応じて弦の張力情報などを発生し、帰還
量制御回路が音程と弦の張力情報などに応じて帰還ゲイ
ンを制御することにより、例えばギターやバイオリンな
どの音程と弦の種類が一対一に対応していない楽器にお
いて、演奏の仕方（例えばチョーキングの度合）に応じ
て響板や胴と、弦の干渉動作の違い、即ち音色の違いを
実現することができる。

【００９９】また、第１の弦の等価回路と第２の弦の等
価回路が弦の振動に相当する第１の弦の振動データと第
２の弦の振動データを発生し、加算器が第１の弦の振動
データと第２の弦の振動データを加算したものを響板や
胴への駆動力として入力し、一方響板や胴をシミュレー
トしたフィルタが響板や胴の振動に相当する合成データ
を発生し、第１の乗算器と第２の乗算器が合成データを
第１の弦の等価回路と第２の弦の等価回路に帰還するこ
とにより、響板や胴を介した各弦の間における共振動作
がシミュレートされ、ピアノやバイオリンなどの楽器音
に忠実な楽音を得ることができる。

【０１００】また、弦の等価回路が弦の振動に相当する
弦の振動データを発生し、位相シフタ制御回路が弦の等
価回路中に挿入された位相シフタの位相を制御するとと
もに、合成データ基本周波数成分の音程シフト分を弦の
等価回路中の遅延回路に対してオフセットさせることに
より、音程を変化させずに非調和倍音成分を付加するこ
とができる。

【０１０１】また、楽器の発音機構をシミュレートした
楽音合成装置の伝達関数の逆関数となるフィルタである
駆動データ抽出回路が、原音波形とパラメータ検出装置
が楽器の構造や演奏状態などを計測することにより得ら
れたパラメータ値に基づき駆動データを抽出するので、
実際の楽器の駆動入力対して忠実な駆動データを得るこ
とができる。

【０１０２】また、楽器の発音機構をシミュレートした
楽音合成装置の伝達関数の逆関数となるフィルタである
駆動データ抽出回路が、原音波形とパラメータ抽出回路
が原音波形を分析することにより得られたパラメータ値
に基づき駆動データを抽出するので、楽器の構造や演奏
状態を調べなくても、実際の楽器の駆動入力対して忠実
な駆動データを得ることができる。

【０１０３】また、楽音分析回路が原音から抽出した駆
動データを、転送回路が楽器の発音機構をシミュレート
した楽音合成装置に転送し、転送された駆動データに基
づき楽音合成装置が合成を行なうので、原音波形に忠実
な楽音を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図２】同第１の実施例におけるフィルタ１０１の内部
構成を示す回路図とピアノの響板やバイオリン胴のアナ
ログ等価回路図

【図３】本発明の第２の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図４】本発明の第３の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図５】本発明の第４の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図６】本発明の第５の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図７】本発明の第６の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図８】本発明の第７の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図９】本発明の第８の実施例における楽音合成装置の
構成を示すブロック図

【図１０】同第８の実施例における位相シフタ９０１の
内部構成を示す回路図

【図１１】同第８の実施例における位相シフタ制御回路
９０２の内部構成を示す回路図

【図１２】同第８の実施例における遅延量指示回路９０
３の内部構成を示す回路図

【図１３】合成データの非調和性の度合を表わす特性図

【図１４】本発明の第９の実施例における楽音分析装置
の構成を示すブロック図

【図１５】本発明の第１０の実施例における楽音分析装
置の構成を示すブロック図

【図１６】図２０に示す楽音合成装置にパルス上の駆動
データを入力した時の各データを表す波形図

【図１７】図１６に示した減算器２００５の減算結果の
波形に対して自己相関をとった相関特性図

【図１８】本発明の第１１の実施例における楽音分析装
置の構成を示すブロック図

【図１９】弦楽器の弦の発音機構を表わす模式図

【図２０】従来例の楽音合成装置の構成を示すブロック
図

【図２１】同従来例におけるアドレス発生回路２００１
の内部構成を示す回路図

【図２２】同従来例における波形メモリ２００２の内部
構成を示す回路図

【図２３】同従来例における遅延回路２００３，２００
４の内部構成を示す回路図

【図２４】同従来例における遅延量指示回路２００９の
内部構成を示す回路図

【図２５】同従来例における遅延制御回路２００７，２
００８の内部構成を示す回路図

【符号の説明】

１０２，２０１，２０３，２０６，２０９，２１１，８
０４〜８０６，２３０５，２３０６乗算器１０３，３０１，１２０１，２００５，２００６，２３
０２減算器２０２，２０８，２１０遅延器２０４，２０５，２０７，２１２，３０２，２３０４
加算器２２０コイル２２１抵抗２２２コンデンサ８０７累算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た弦の等価回路と、前記弦の等価回路が出力した弦の振動データに対してフ
ィルタリング処理を行い合成データを発生するフィルタ
と、前記フィルタから出力された合成データと帰還ゲインを
乗算し乗算結果を帰還データとして前記弦の等価回路に
帰還する乗算器とを備えた楽音合成装置。
【請求項２】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た弦の等価回路と、前記弦の等価回路が出力した弦の振動データに対してフ
ィルタリング処理を行い合成データを発生するフィルタ
と、音程指示データに基づき帰還ゲインを決定する帰還量制
御回路と、前記フィルタから出力された合成データと前記帰還ゲイ
ンを乗算し乗算結果を帰還データとして前記弦の等価回
路に帰還する乗算器とを備えた楽音合成装置。
【請求項３】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た弦の等価回路と、前記弦の等価回路が出力した弦の振
動データに対してフィルタリング処理を行い合成データ
を発生するフィルタと、どの弦を駆動したかの弦ナンバ情報に基づき帰還ゲイン
を決定する帰還量制御回路と、前記フィルタから出力された合成データと前記帰還ゲイ
ンを乗算し乗算結果を帰還データとして前記弦の等価回
路に帰還する乗算器とを備えた楽音合成装置。
【請求項４】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た弦の等価回路と、前記弦の等価回路が出力した弦の振動データに対してフ
ィルタリング処理を行い合成データを発生するフィルタ
と、どの弦を駆動したかの弦ナンバ情報に基づき弦の張力情
報と綿密度情報を決定するテーブルと、弦の張力情報と前記綿密度情報と音程指示データに基づ
き帰還ゲインを決定する帰還量制御回路と、前記フィルタから出力された合成データと前記帰還ゲイ
ンを乗算し乗算結果を帰還データとして弦の等価回路に
帰還する乗算器とを備えた楽音合成装置。
【請求項５】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た第１の弦の等価回路と、弦楽器の弦の発音機構をシミュレートした第２の弦の等
価回路と、前記第１の弦の等価回路が出力した第１の弦の振動デー
タと前記第２の弦の等価回路が出力した第２の弦の振動
データとの加算を行う加算器と、前記加算器の加算結果に対してフィルタリング処理を行
い合成データを発生するフィルタと、前記フィルタから出力された合成データと第１の帰還ゲ
インを乗算し乗算結果を第１の帰還データとして前記第
１の弦の等価回路に帰還する第１の乗算器と、前記フィ
ルタから出力された合成データと第２の帰還ゲインを乗
算し乗算結果を第２の帰還データとして前記第２の弦の
等価回路に帰還する第１の乗算器と、を備えた楽音合成
装置。
【請求項６】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
１の遅延回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
２の遅延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
１の遅延回路から出力されたデータを減算し、弦の振動
データとして出力する第１の減算器と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
２の遅延回路から出力されたデータを減算し、減算結果
を前記第１の遅延回路に入力する第２の減算器と、前記第１の減算器の減算結果と帰還データとの減算を行
い減算結果を前記第２の遅延回路に入力する第３の減算
器と、音程指示データに基づき前記第１の遅延回路と前記第２
の遅延回路の遅延量を決定する遅延量指示回路と、前記遅延量指示回路が指示した遅延量に基づき前記第１
の遅延回路の制御を行う第１の遅延制御回路と、前記遅延量指示回路が指示した遅延量に基づき前記第２
の遅延回路の制御を行う第２の遅延制御回路とから構成
されることを特徴とした請求項１，２，３，４または５
記載の楽音合成装置。
【請求項７】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データを所定時間
遅延させた後に出力する第１の遅延回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
２の遅延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
１の遅延回路から出力されたデータを減算する第１の減
算器と、前記第１の減算器の減算結果と前記第２の遅延回路から
出力されたデータとを加算し、弦の振動データとして出
力する加算器と、前記加算器の加算結果と帰還データとの減算を行い減算
結果を前記第２の遅延回路に入力する第２の減算器と、音程指示データに基づき前記第１の遅延回路と前記第２
の遅延回路の遅延量を決定する遅延量指示回路と、前記遅延量指示回路が指示した遅延量に基づき前記第１
の遅延回路の制御を行う第１の遅延制御回路と、前記遅延量指示回路が指示した遅延量に基づき前記第２
の遅延回路の制御を行う第２の遅延制御回路とから構成
されることを特徴とした請求項１，２，３，４または５
記載の楽音合成装置。
【請求項８】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する遅
延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データと前記遅延
回路から出力されたデータとを加算し、弦の振動データ
として出力する加算器と、前記加算器の加算結果と帰還データとの減算を行い減算
結果を前記遅延回路に入力する減算器と、音程指示データに基づき前記遅延回路の遅延量を決定す
る遅延量指示回路と、前記遅延量指示回路が指示した遅延量に基づき前記遅延
回路の制御を行う遅延制御回路とから構成されることを
特徴とした請求項１，２，３，４または５記載の楽音合
成装置。
【請求項９】弦楽器の弦の発音機構をシミュレートし
た弦の等価回路と、前記弦の等価回路中のデータの位相量を制御することに
より非調和倍音成分を付加するとともに合成データの基
本周波数成分の位相量に相当する遅延量補正データを出
力する位相シフタ制御回路と、音程指示データと前記遅延量補正データに基づき遅延量
データを生成することにより合成データの音程決定する
遅延量指示回路とを備えた楽音合成装置。
【請求項１０】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する遅
延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データと前記遅延
回路から出力されたデータとを加算し、合成データとし
て出力する加算器と、前記加算器と前記遅延回路で構成される循環系の回路中
に挿入された位相シフタと、遅延量データに基づき前記遅延回路の制御を行う遅延制
御回路とから構成されることを特徴とした請求項９記載
の楽音合成装置。
【請求項１１】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
１の遅延回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
２の遅延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
１の遅延回路から出力されたデータを減算し、合成デー
タとして出力する第１の減算器と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
２の遅延回路から出力されたデータを減算し、減算結果
を前記第１の遅延回路に入力する第２の減算器と、前記第１の減算器と前記第２の減算器と前記第１の遅延
回路と前記第２の遅延回路で構成される循環系の回路中
に挿入された位相シフタと、遅延量データに基づき前記第１の遅延回路の制御を行う
第１の遅延制御回路と、遅延量データに基づき前記第２の遅延回路の制御を行う
第２の遅延制御回路とから構成されることを特徴とした
請求項９記載の楽音合成装置。
【請求項１２】弦の等価回路が、駆動データを記憶する波形メモリと、音程指示データに基づき前記波形メモリのアドレスを指
定し駆動データの読み出しを行うアドレス発生回路と、入力された駆動データを所定時間遅延させた後に出力す
る第１の遅延回路と、入力されたデータを所定時間遅延させた後に出力する第
２の遅延回路と、前記波形メモリから読み出された駆動データから前記第
１の遅延回路から出力されたデータを減算する第１の減
算器と、前記第１の減算器の減算結果と前記第２の遅延回路から
出力されたデータとを加算し、合成データとして出力す
る加算器と、前記加算器と前記第２の遅延回路で構成される循環系の
回路中に挿入された位相シフタと、遅延量データに基づき前記第１の遅延回路の制御を行う
第１の遅延制御回路と、遅延量データに基づき前記第２の遅延回路の制御を行う
第２の遅延制御回路とから構成されることを特徴とした
請求項９記載の楽音合成装置。
【請求項１３】楽器の発音機構をシミュレートした楽
音合成装置の伝達関数の逆関数となるフィルタであり前
記楽音合成装置の入力データである駆動データを楽器の
原音波形とパラメータ検出装置が検出したパラメータ値
に基づいて抽出する駆動データ抽出回路と、前記楽音合成装置の合成時に用いられるパラメータの値
を求めるパラメータ検出装置を備えた楽音分析装置。
【請求項１４】パラメータ検出装置が、分析対象であ
る楽器の原音波形を録音するときに用いられた楽器の構
造や演奏状態などを計測することによりパラメータ値を
得ることを特徴とした請求項１３記載の楽音分析装置。
【請求項１５】パラメータ検出装置が、分析対象であ
る楽器の原音波形からパラメータ値を抽出するパラメー
タ抽出回路であることを特徴とした請求項１３記載の楽
音分析装置。
【請求項１６】パラメータ検出装置が、分析対象であ
る楽器の原音波形に対して自己相関をとることにより弦
のどの位置を駆動して発生された原音波形であるかを表
わす駆動位置データ値を抽出するパラメータ抽出回路で
あることを特徴とした請求項１３記載の楽音分析装置。
【請求項１７】駆動データを原音から抽出する楽音分
析回路と、楽器の発音機構をシミュレートした楽音合成装置と、前記分析回路が抽出した駆動データを前記楽音合成装置
に転送する転送回路を備えた楽音分析合成装置。
【請求項１８】楽音分析回路が、楽器の発音機構をシ
ミュレートした楽音合成装置の伝達関数の逆関数となる
フィルタであり前記楽音合成装置の入力データである駆
動データを楽器の原音波形とパラメータ検出装置が検出
したパラメータ値に基づいて抽出する駆動データ抽出回
路と、前記楽音合成装置の合成時に用いられるパラメータの値
を求めるパラメータ検出装置とから構成されることを特
徴とした請求項１７記載の楽音分析合成装置。