JPH0667672A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発音可能な音高の範囲を広くし、かつ、音質
を犠牲にすることなく、所望の音高による発音が正確に
行われるようにする。 【構成】 非線形要素を含む励起回路１０と遅延要素を
含むウェーブガイドネットワーク４０とによりループ回
路を構成し、このループ回路に対し所望の音高に対応し
た強制駆動信号を供給する強制駆動回路４０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は特に自然楽器音の合成
に用いて好適な楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然楽器は、共鳴体と、この共鳴体に振
動を励起する励起機構とを有しており、これらの相互作
用により楽音が発生される。例えば管楽器は、共鳴体と
して共鳴管を有し、励起機構としてマウスピースおよび
リードを有している。このような構成において、演奏者
がマウスピース内に息を吹込むと、マウスピースに取り
付けられたリードに振動が励起される。この振動が共鳴
管内を空気圧力波となって往復伝播し、楽音として発音
される。また、共鳴管からマウスピース側へと帰還され
る空気圧力波によってリードの振動が影響を受ける。こ
のように共鳴管およびリード間の相互作用が行われるこ
とにより、その管楽器特有の楽音が発生される。

【０００３】このような自然楽器の発音メカニズムを忠
実にシミュレートした楽音合成装置として、非線形フィ
ードバック型楽音合成装置がある。この楽音合成装置
は、自然楽器の励起機構の挙動をシミュレートした非線
形要素および共鳴体をシミュレートした遅延回路からな
るループ回路をその基本構成とするものである。このよ
うなループ回路に、例えばインパルス等、多くの周波数
成分を含んだ信号が入力されると、信号がループ内を繰
り返し循環する。そして、特定の周波数の成分が選択さ
れ循環が維持される。このようにループ回路が共振状態
となることにより、楽音信号が発生される。

【０００４】ここで、ループ回路は、ループ内を信号が
循環し一巡する遅延時間に対応した共振周波数での共振
モード（基本モード）およびその整数倍の高次の共振周
波数での共振モード（倍音モード）を有する。しかし、
ループ回路がいずれの共振モードとなるかは非線形要素
の動作点等、ループ回路内の遅延要素以外の要素によっ
て左右され、時として意図しない共振モードとなり所望
の音高の楽音信号が得られない場合がある。

【０００５】そこで、従来、所望の共振周波数での共振
を行わせるために、フィルタ等の周波数選択手段をルー
プ回路内に介挿していた。かかる構成によれば、フィル
タ演算用の係数の調整等により、発音すべき音高に対応
した信号のみループ回路内を循環させ、所望の音高の楽
音信号を得ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フィルタ演算
用係数等のパラメータを適度に設定したとしても、音高
によっては望ましくないモードでの共振を防止すること
が困難な場合があり、正確に発音することができる音高
の範囲が狭くなってしまうという問題があった。また、
低次モードでの共振を促すためにループ回路内のフィル
タのカットオフ周波数を下げると、発音される楽音に含
まれる高次倍音が極端に減少し、音質が好ましくないも
のとなってしまう。また、ループ回路が有する共振モー
ドの中には選択され難い共振モードがあり、所望の音高
がこのような共振モードに対応するものである場合、そ
の発音が困難であるという問題があった。

【０００７】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、発音可能な音高範囲を広げることができ、
音質を犠牲にすることなく、所望の音高の楽音を合成す
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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
遅延回路を含んだ信号処理手段と、非線形要素を含み、
閉ループを形成するように前記信号処理手段と接続され
る励起手段と、前記閉ループに所望の音高に対応した強
制駆動信号を供給する強制駆動手段とを具備することを
特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、強制駆動信号により上記閉
ループの共振モードが決定される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しこの発明の実施例を説明
する。 ＜第１実施例＞図１はこの発明の第１実施例による楽音
合成装置の合成部１の構成を示すブロック図である。こ
の合成部１は、管楽器のマウスピース部をシミュレート
した励起回路１０と、管楽器の共鳴管をシミュレートし
たウェーブガイドネットワーク（双方向伝送回路）２０
と、これらを相互に結合するジャンクション３０とから
なる。

【００１１】ジャンクション３０は加算器３１および３
２からなる。加算器３１はウェブガイドネットワーク２
０および励起回路１０の各出力信号を加算し、その加算
結果をウェーブガイドネットワーク２０の入力端に供給
する。また、加算器３１の出力信号は楽音信号ＭＳとし
て図示しないサウンドシステムへ供給される。一方、加
算器３２はウェブガイドネットワーク２０および加算器
３１の各出力信号を加算し、その加算結果を励起回路１
０のローパスフィルタ１１へ供給する。

【００１２】ウェーブガイドネットワーク２０は、遅延
回路、ローパスフィルタ等の線形回路（いずれも図示
略）によって構成されている。このウェーブガイドネッ
トワーク２０は、励起回路１０から加算器３１を介して
供給される信号に遅延処理、フィルタリング処理等を施
し、その結果を加算器３２を介して励起回路１０へ戻
す。ウェーブガイド内の遅延回路としては、遅延時間の
調整が可能な構成のものが採用される。この種の遅延回
路は、例えばシフトレジスタとこのシフトレジスタの各
ステージ出力のうち１つを選択するセレクタとにより構
成することができる。また、ＲＡＭ（ランダムアクセス
メモリ）を利用しこの種の遅延回路を構成することも可
能である。遅延回路の遅延時間は、ウェーブガイドネッ
トワーク２０および励起回路１０を含む閉ループの総遅
延時間によって決定される共振周波数が、所望の音高に
対応した周波数となるように設定される。

【００１３】次に励起回路１０の構成を説明する。加算
器３２を介しウェーブガイドネットワーク２０側から戻
されてくる信号はローパスフィルタ１１に入力される。
この信号は共鳴管側からマウスピース内へと戻される空
気圧力波に相当する。ローパスフィルタ１１は、合成部
１内に形成された各閉ループ（例えば励起回路１０→加
算器３１→加算器３２→励起回路１０からなる閉ルー
プ）において異常発振が発生するのを防止するために介
挿されたフィルタであり、異常発振を起こし得る高周波
領域の信号の通過を抑制する。加算器１２はローパスフ
ィルタ１１を通過した信号と吹奏圧に対応したプレッシ
ャ信号Ｐとを加算し、マウスピース内の空気圧に相当す
る信号を出力する。加算器１２の出力信号はフィルタ１
３および非線形変換回路１４へ供給される。

【００１４】フィルタ１３はマウスピース内の圧力変化
に対するリードの応答特性をシミュレートしたフィルタ
であり、例えばローパスフィルタが用いられる。加算器
１５はフィルタ１３を通過した信号と演奏者がマウスピ
ースを咥える圧力（この圧力はアンブシュアと呼ばれ
る）に対応したアンブシュア信号Ｅとを加算する。ここ
で、アンブシュア信号Ｅはフィルタ１３のカットオフ周
波数を制御するパラメータとしても使用される。これは
リードの応答特性がアンブシュアの影響をも受けること
を考慮したものである。加算器１５が出力する信号は、
リードとマウスピースとの間隙を通過しようとする空気
流の圧力に相当する。非線形変換回路１６は、リードの
弾性特性を模した入出力伝達特性を有しており、例えば
ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等により構成される。加
算器１５の出力信号が非線形変換回路１６に入力される
結果、非線形変換回路１６からリードおよびマウスピー
ス間の間隙の断面積に相当する信号が出力される。乗算
器１７は非線形変換回路１６の出力信号に所定の係数ｂ
を乗算して出力する。一方、非線形変換回路１４は、リ
ードとマウスピースとの間隙を通過する空気流の流速の
飽和をシミュレートした入出力伝達特性を有しており、
例えばＲＯＭによって構成される。加算器１２が出力す
るマウスピース内の圧力変化に相当する信号はこの非線
形変換回路１４によって変換されることによって飽和特
性が付与される。乗算器１８は乗算器１７の出力信号と
非線形変換回路１４の出力信号とを乗算し、リードおよ
びマウスピース間の間隙を通過する空気流の体積流速度
に相当する信号を出力する。この出力信号に対し、乗算
器１９によりマウスピースの空気流に対するインピーダ
ンス（空気流の通り難さ）に相当する信号Ｚが乗算さ
れ、マウスピース内の圧力変化に相当する信号が出力さ
れる。加算器４０ｅは、乗算器１９の出力信号に対し、
図２に示す強制駆動回路４０が出力する強制駆動信号ｅ
ｘｔを加算し、その加算結果を加算器３１へ供給する。

【００１５】強制駆動回路４０は、図２に示すように、
アドレス生成回路４１、エンベロープ読出カウンタ４
２、駆動波形メモリ４３、エンベロープ波形メモリ４４
および乗算器４５からなる。発音開始の際、発音を指示
するキーオン信号ＫＯＮおよび発音すべき音高を指定す
るキーコードＫＣがこの強制駆動回路４０に供給され
る。アドレス生成回路４１は、キーオン信号ＫＯＮによ
ってリセットされ、駆動波形読出アドレスＡＤをキーコ
ードＫＣに応じた速度で増加させる。駆動波形メモリ４
３は所定期間（例えば１周期相当）に亙る駆動波形の各
時点における波形値を各アドレスに記憶しており、駆動
波形アドレスＡＤによって指定される波形値を出力す
る。エンベロープ波形メモリ４４は、各キーコードＫＣ
毎または複数のキーコードＫＣを含む各音域毎に各々の
発音に適したエンベロープ波形の各波形値を記憶してい
る。エンベロープ読出カウンタ４２は、エンベロープ波
形メモリ４４に対しエンベロープ波形読出アドレスＥＡ
Ｄを供給する。キーオン信号ＫＯＮが発生されると、エ
ンベロープ波形読出アドレスＥＡＤはキーコードＫＣに
対応したエンベロープ波形の開始アドレスに初期設定さ
れ、以後、時間経過に伴って順次インクリメントされ
る。乗算器４５は駆動波形メモリ４３から読み出される
駆動波形にエンベロープ波形メモリ４４から読み出され
たエンベロープ波形を乗算し、加算器４０ｅ（図１）へ
強制駆動信号ｅｘｔとして供給する。

【００１６】以上の構成によれば、合成部１において励
起回路１０およびウェーブガイドネットワーク２０を含
む閉ループが共振状態となることにより、楽音信号ＭＳ
が発生される。ここで、強制駆動信号ｅｘｔが発生され
ない場合には、合成部１が基本モードまたは他の高次モ
ードのうちいずれの共振モードで共振動作するかは合成
部１内の各部のパラメータの微妙な変化または各非線形
変換回路の動作点等によって左右される。また、共振が
なかなか開始されないこともある。しかし、発音指示に
伴い、所望のキーコードＫＣに対応した周波数を有し、
かつ、キーコードＫＣに対応したエンベロープを有する
強制駆動信号ｅｘｔが発生され、上記閉ループ内を循環
する。この結果、キーコードＫＣに対応した周波数での
共振動作が強制的に開始され、所望の音高の楽音信号Ｍ
Ｓが得られる。

【００１７】＜第２実施例＞本実施例による楽音合成装
置は、第１実施例における強制駆動回路４０に代えて図
３に示す強制駆動回路４０ａが設けられている。図３に
おいて、零位相検出回路５１は、合成部１（図１）から
出力される楽音信号ＭＳの位相角が零となるのを検出
し、検出信号を出力する。ＡＮＤゲート５４は、この検
出信号とキーオン信号との論理積をリセット信号として
アドレス生成回路４１へ供給する。音量検出回路５２は
楽音信号ＭＳの音量を検出する。モード判定回路５３
は、楽音信号ＭＳに基づき、合成部１がキーコードＫＣ
に対応した適切なモードで共振しているか否かを判定
し、モードが適切でない場合はエラー信号を出力する。
入力量制御回路５５は、キーコードＫＣに対応したエン
ベロープ波形を発生する。このエンベロープ波形は、上
記第１実施例と同様、駆動波形メモリ４３から読み出さ
れる駆動波形に乗算器４５によって乗算される。また、
入力量制御回路５５が出力するエンベロープ波形の強さ
は、音量検出回路５２によって検出される楽音信号ＭＳ
の音量値およびモード判定回路５３が出力するエラー信
号に基づいて制御される。キーコードＫＣに対応したモ
ードでの共振が行われずエラー信号が出力されている場
合または適度な音量での発音が行われていない場合には
入力量制御回路５５によりエンベロープ波形の振幅が増
大される。

【００１８】図４にモード判定回路５３の構成例を示
す。図４において、６０−１〜６０−ｎは各々通過帯域
中心周波数の異なったバンドパスフィルタである。エン
ベロープフォロア回路７０−１〜７０−ｎは、バンドパ
スフィルタ６０−１〜６０−ｎを通過した各信号が入力
され、各々入力信号中の各ピーク値を包絡するエンベロ
ープ波形を出力する。最大値判定回路８１は、エンベロ
ープフォロア回路７０−１〜７０〜ｎが出力する各エン
ベロープ波形のうち波形値が最大のものを判定し、この
判定結果に基づき、合成部１の共振周波数を検出する。
比較回路８２は、キーコードＫＣに対応した周波数を表
すピッチ情報ＰＩＴＣＨと最大値判定回路８１によって
検出された合成部１の共振周波数とを比較し、両者が一
致していない場合にエラー信号を出力する。

【００１９】以上の構成によれば、合成部１において共
振動作が行われ、楽音信号ＭＳが出力されると、この楽
音信号ＭＳの位相角が零となる毎にアドレス生成回路４
１がリセットされ、所望の音高に対応した周波数の駆動
波形が駆動波形メモリ４３から読み出され、強制駆動信
号ｅｘｔとなって合成部１に供給される。そして、合成
部１が出力する楽音信号ＭＳの周波数がキーコードＫＣ
に対応した周波数でない場合に、エラー信号が発生さ
れ、強制駆動信号ｅｘｔのエンベロープの大きさが増大
される。従って、所望の音高での発音を安定して行うこ
とができる。

【００２０】なお、上記各実施例では、所望の音高に対
応した周波数の強制駆動信号を合成部へ供給するように
したが、強制駆動信号の周波数を合成部の共振周波数か
ら微妙にずらしてもよい。このようにすることで、ビー
トを有する楽音を合成することができる。また、強制駆
動信号に低周波の信号を重畳し、複雑な音色の楽音を合
成するようにしてもよい。また、強制駆動信号の周波数
を変化させ、共振モードをリアルタイムに変更するよう
にしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも遅延回路を含んだ信号処理手段と、非線形要
素を含み、閉ループを形成するように前記信号処理手段
と接続される励起手段と、前記閉ループに所望の音高に
対応した強制駆動信号を供給する強制駆動手段とを設け
たので、発音可能な音高の範囲を広くすることができ、
かつ、音質を犠牲にすることなく、所望の音高による発
音を正確に行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１実施例による楽音合成装置の
合成部１の構成を示すブロック図である。

【図２】 同実施例における強制駆動回路４０の構成を
示すブロック図である。

【図３】 この発明の第２実施例による楽音合成装置の
強制駆動回路４０ａの構成を示すブロック図である。

【図４】 同実施例におけるモード判定回路５３の構成
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０……励起回路、３０……ウェーブガイドネットワー
ク、４０，４０ａ……強制駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも遅延回路を含んだ信号処理手
   段と、 非線形要素を含み、閉ループを形成するように前記信号
   処理手段と接続される励起手段と、 前記閉ループに所望の音高に対応した強制駆動信号を供
   給する強制駆動手段とを具備することを特徴とする楽音
   合成装置。