JPH0683364A

JPH0683364A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH0683364A
Application number: JP4237471A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kakishita; 正尋柿下
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JP2730420B2

Abstract

(57)【要約】【目的】物理モデル音源を使用した電子楽器の音作り
を容易に行えるようにする。【構成】管楽器の物理モデル音源を構成する非線形演
算部１０１および線形演算部１０２から種々の信号を抽
出し、音作りエフェクト装置１０８において楽音のキャ
リア信号と変調信号とを形成する。そして、このキャリ
ア信号を変調信号によってＡＭ変調およびＦＭ変調する
とともに、適宜ピッチ変動を施すことにより、楽音信号
を発生する。音作りエフェクト装置１０８においては種
々のパラメータを設定可能であるが、これらパラメータ
の設定は物理モデル音源内の進行波信号に影響を及ぼさ
ないため、発振の停止あるいはピッチの変動等の不具合
が未然に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音作りを容易に行う
ことができる楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自然楽器の発音モデルをＤＳ
Ｐ（デジタルシグナルプロセッサ）等を用いてシミュレ
ートすることによって楽音を合成する技術が知られてい
る。その一例として、管楽器のシミュレーションに用い
られている物理モデル音源のアルゴリズムの概要を図７
を参照して説明する。

【０００３】図において１０１は非線形演算部であり、
管楽器における非線形部分すなわちリード部をシミュレ
ートするものである。また、１０２は線形演算部であ
り、管楽器における線形部分すなわち共鳴管をシミュレ
ートするものである。１０７は共鳴系であり、非線形演
算部１０１あるいは線形演算部１０２を伝搬する圧力波
信号等を抽出するとともに、抽出した信号に共鳴効果を
付与して出力する。１０３はＤＡＣ（デジタル・アナロ
グ・コンバータ）であり、共鳴系１０７の出力信号をア
ナログ信号に変換し、これを楽音信号として出力する。

【０００４】非線形演算部１０１には、演奏者の吹奏圧
を示す吹奏圧信号preと、演奏者の唇の緊張度を示すア
ンブシュア（embouchure）信号embとが外部から供給さ
れるとともに、線形演算部１０２から圧力反射波信号ｑ
_iが供給される。非線形演算部１０１はこれらのデータ
および信号に基づいて圧力進行波信号ｑ₀を出力する。
出力された圧力進行波信号ｑ₀は、線形演算部１０２に
供給され、その内部において反射および減衰されつつ伝
搬され、新たな圧力反射波信号ｑ_iとして非線形演算部
１０１に帰還される。

【０００５】次に、線形演算部１０２の詳細を図８を参
照して説明する。図において１１３，１１４，１１９は
遅延回路であり、管楽器の共鳴管内における圧力波の伝
搬遅延をシミュレートするために設けられたものであ
る。これら遅延回路の遅延時間は、シミュレートしよう
とする楽器および音高に応じて定数DLEB，DLELおよびDL
EAによって与えられる。１１５，１２０はＬＰＦ（低域
通過フィルタ）であり、共鳴管内における圧力波の伝搬
損失をシミュレートするものである。また、１１０，１
１６は乗算器であり、それぞれ通過する信号に対して所
定の反射係数REFS，REFLを乗算することによって、共鳴
管の先端部および終端部における損失をシミュレートす
る。

【０００６】また、２００はジャンクションであり、圧
力反射波信号ｑ_iおよび圧力進行波信号ｑ₀を適宜反射お
よびフィルタリングすることによって、管楽器の共鳴管
に設けられたトーンホールをシミュレートする。上述し
た各構成要素はループ状に接続され、各構成要素を介し
て伝搬される信号によって、共鳴管内部における圧力進
行波および圧力反射波がシミュレートされる。

【０００７】次に、非線形演算部１０１から供給された
圧力進行波信号ｑ₀は、乗算器１２１，１１８に供給さ
れる。乗算器１１８においては、供給された圧力進行波
信号ｑ₀に入力ゲイン定数NLSOが乗算され、この乗算結
果が加算器１１７を介して圧力反射波信号に加算され
る。これにより、吹奏圧によって圧力反射波に与えられ
る影響がシミュレートされる。同様に、乗算器１２２に
おいては圧力進行波信号ｑ₀に入力ゲイン定数NLLOが乗
算され、この乗算結果が加算器１１２を介して圧力進行
波信号に加算され、吹奏圧によって圧力進行波に与えら
れる影響がシミュレートされる。

【０００８】次に、ＬＰＦ１２０，乗算器１１０を順次
介して出力された圧力進行波信号は、乗算器１１１を介
して線形部出力ゲインNLSIが乗算され、加算器１２３に
供給される。同様に、加算器１１７の前段における圧力
反射波信号は、乗算器１２１を介して線形部出力ゲイン
NLLIが乗算され、加算器１２３に供給される。これらの
信号は加算器１２３において加算され、加算結果が圧力
反射波信号ｑ_iとして非線形演算部１０１に供給され
る。

【０００９】このように、図８に示された線形演算部１
０２にあっては、遅延回路１１３，１１４，１１９、Ｌ
ＰＦ１１５，１２０等から成るループを介して圧力波信
号が伝搬され、圧力進行波信号ｑ₀の影響を受けながら
圧力反射波信号ｑ_iが形成され非線形演算部１０１に帰
還される。

【００１０】次に、非線形演算部１０１の詳細を図９を
参照して説明する。図９において１４０は減算器であ
り、圧力反射波信号ｑ_iから吹奏圧信号preを減算し、減
算結果を圧力差信号Δｑとして出力する。圧力差信号Δ
ｑは、減算器１４１を介してデジタル・コントロールド
・フィルタ１４２に供給されるとともに、乗算器１４７
を介してグレアム関数テーブル１４８に供給され、ま
た、レパルシング関数テーブル１５０に供給される。

【００１１】デジタル・コントロールド・フィルタ１４
２は、二次のローパスフィルタであり、そのカットオフ
周波数および振幅上昇比（Ｑ）は各々変数lpfrおよびql
rで与えられる。また、デジタル・コントロールド・フ
ィルタ１４２にはアンブシュアデータembが供給され、
これに基づいてカットオフ周波数等の特性等が設定され
る。さらに、デジタル・コントロールド・フィルタ１４
２の出力信号は加算器１４３を介してアンブシュアデー
タembが加算される。これにより、圧力差信号Δｑに周
波数特性が付与され、演奏者の唇の状態に応じた周波数
選択動作がシミュレートされる。

【００１２】次に、加算器１４３の出力信号は、乗算器
１４４を介して変数SLTGINが乗算されることによって重
み付けされ、スリット関数テーブル１４５に供給され
る。スリット関数テーブル１４５は、周波数特性が付与
された圧力差信号Δｑに基づいて、演奏者の唇の開口面
積を示す開口面積信号Ｓ_Lを出力する。この開口面積信
号Ｓ_Lは、乗算器１４９に供給されるとともに、乗算器
１４６を介して帰還係数βが乗算され減算器１４１に帰
還される。このように、図９における各構成要素１４１
〜１４６によれば、圧力差信号Δｑ、変数lpfr，変数ql
rおよびアンブシュアデータembに基づいて、開口面積信
号Ｓ_Lが求められることが判る。

【００１３】次に、グレアム（Graham）の法則によれ
ば、単位面積を単位時間に流れる流量（空気速度ｖ）
は、次式(A1)で表わされる。ｖ＝√｛２（Δｑ）／ρ｝ ……(A1) ただし、ρは空気密度である。グレアム関数テーブル１
４８は、上式(A1)の関係に基づいて、圧力差信号Δｑが
供給されると、空気速度を示す空気速度信号ｖを出力す
る。なお、グレアム関数テーブル１４８の前段において
は、グレアム関数の影響を調節するために乗算器１４７
が設けられており、ここで圧力差信号Δｑに所定の変数
（グレアムゲイン）GRMGINが乗算される。

【００１４】このように、開口面積信号Ｓ_Lと空気速度
信号ｖとが求められると、乗算器１４９において両者が
乗算され、乗算結果が流量信号ｆとして出力される。次
に、流量信号ｆは、乗算器１５３に供給され、共鳴管の
入力インピーダンスを示す変数ｚが乗算される。そし
て、この乗算結果が、加算器１５５を介して、圧力進行
波信号ｑ₀として出力される。

【００１５】ところで、実際の金管楽器においては、マ
ウスピース内で圧力波が反射することにより、いわゆる
「びびり音」が発生する。図９においては、これをシミ
ュレートするためにレパルシング関数テーブル１５０が
設けられており、ここに圧力差信号Δｑが供給される
と、びびり音を示すびびり信号Ｓ_RPが出力される。この
びびり信号Ｓ_RPはＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１５１を
介して変形され、乗算器１５２に供給される。なお、Ｈ
ＰＦ１５１は、係数HPFRが供給されることによってその
特性が設定されるように構成されている。

【００１６】ＨＰＦ１５１を介して出力されたびびり信
号Ｓ_RPは、乗算器１５２を介して圧力差信号Δｑが乗算
され、さらに乗算器１５４を介して変数REPGINによって
重み付けされ、加算器１５５に供給される。これによ
り、圧力進行波信号ｑ₀に対して、びびり音による影響
が付与される。ここで、ＤＡＣ１０３から出力されるア
ナログ出力信号の波形および周波数スペクトラムをＦＦ
Ｔ（高速フーリエ変換）アナライザによって測定した例
を図１０に示す。また、開口面積信号Ｓ_L、空気速度信
号ｖ、びびり信号Ｓ_RPの波形および周波数スペクトラム
を、図１１〜１３に示す。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したア
ルゴリズムにおいて楽音の音作りを行うには、各種のパ
ラメータ（変数）を変化させる必要がある。しかし、ど
のパラメータを変化させると楽音がどのように変化する
のか予想することが困難な場合があり、音色とパラメー
タとの対応関係を明確にすることが困難であった。ま
た、パラメータの中には、変化させることによって音程
が狂うもの、あるいは発振が止ってしまうものもある。
従って、各種のパラメータを適宜変化させて所望の音作
りができるようになるまでには相当の熟練を必要として
いた。

【００１８】また、電子楽器に各種の操作子を設け演奏
者が演奏中に適宜パラメータを変化できるように構成す
ると好適であるが、上述した理由により演奏者に委ねら
れるパラメータが限定され、表現力を向上させることが
困難であった。本発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、音作りを容易に行うことができる楽音合成
装置を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明にあっては、進行波信号が入力されると、この
進行波信号を適宜伝搬および遅延させて出力する線形演
算手段と、楽音制御情報に基づいて前記線形演算手段の
出力信号を変化させ前記進行波信号として出力する非線
形演算手段と、前記線形演算手段または前記非線形演算
手段において発生する複数の信号を抽出し、抽出した信
号から第１の信号と第２の信号とを生成し、この第２の
信号にピッチ変動を施した後に前記第１の信号を加算
し、この加算結果を楽音信号として出力する楽音修飾手
段とを具備することを特徴としている。

【００２０】

【作用】線形演算手段は、進行波信号が入力されると、
この進行波信号を適宜伝搬および遅延させて出力する。
一方、非線形演算手段は、楽音制御情報に基づいて線形
演算手段の出力信号に変化を施して新たな進行波信号と
して出力する。楽音修飾手段は、線形演算手段または非
線形演算手段において発生する複数の信号を抽出し、抽
出した信号から第１の信号と第２の信号とを生成し、こ
の第２の信号にピッチ変動を施した後に第１の信号を加
算し、この加算結果を楽音信号として出力する。従っ
て、進行波信号に全く影響を与えることなく、楽音信号
が形成される。

【００２１】

【実施例】Ａ．実施例の構成Ａ−１．実施例の全体構成以下、図１〜６，１４〜１６を参照してこの発明の実施
例について説明する。なお、これらの図において図７〜
９の各部に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。

【００２２】図１はこの発明の一実施例による電子楽器
のブロック図である。図において１０８は音作りエフェ
クト装置であり、非線形演算部１０１および線形演算部
１０２から圧力反射波信号ｑ_i、信号Ｓ₁、信号Ｓ₂、開
口面積信号Ｓ_L、空気速度信号ｖ、びびり信号Ｓ_RPが供
給される。１０５は操作子であり、鍵盤および種々の楽
音制御用操作子を含む（図示せず）。操作子１０５にお
ける操作情報はＭＩＤＩ信号として制御部１０６に供給
される。制御部１０６は、供給された操作情報に基づい
て楽音制御情報を出力する。この楽音制御情報は、音作
りエフェクト装置１０８において実行されるＡＭ変調お
よびＦＭ変調（詳細は後述する）の変調の深さ、あるい
はピッチ変動の幅や周期等を指定するものである。

【００２３】音作りエフェクト装置１０８は、非線形演
算部１０１および線形演算部１０２から供給された各信
号および制御部１０６から供給された制御情報に基づい
て楽音信号を合成し、合成した楽音信号を共鳴系１０７
を介してＤＡＣ１０３に供給する。

【００２４】Ａ−２．音作りエフェクト装置１０８の構
成次に、音作りエフェクト装置１０８の構成を図２を参照
して説明する。図において１はキャリアＭＩＸ部であ
り、各信号ｑ_i，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_L，ｖおよびＳ_RPに基づい
てキャリア信号を出力する。その回路構成を図３に示
す。図３において、各信号ｑ_i，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_L，ｖおよ
びＳ_RPは、各々乗算器１１〜１６を介して、所定の重み
付け変数MIXC₁〜MIXC₆が乗算され、これら乗算結果の総
和が加算器１７から出力される。加算器１７の出力信号
は、ＬＣＦ（低域遮断フィルタ）１８を介して直流成分
が除去された後、ＨＰＦ１９およびＬＰＦ２０を順次介
してイコライジングすなわち音作りが行われ、キャリア
信号として出力される。なお、ＨＰＦ１９およびＬＰＦ
２０のカットオフ周波数は、所定の変数HPFCおよびLPFC
によって設定される。

【００２５】次に、図２において２はモジュレータＭＩ
Ｘ部であり、各信号ｑ_i，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_L，ｖおよびＳ_RP
に基づいて変調信号を出力する。なお、モジュレータＭ
ＩＸ部２の構成はキャリアＭＩＸ部１（図３）と同様で
あるが、図３における各変数MIXC₁〜MIXC₆，HPFCおよび
LPFCに対応する変数は、キャリアＭＩＸ部１とは別個独
立に設定されることは勿論である。

【００２６】Ａ−３．ＦＭ変調部３の構成次に、キャリアＭＩＸ部１から出力されたキャリア信号
は、ＦＭ変調部３に供給され、モジュレータＭＩＸ部２
から出力された変調信号と制御部１０６から出力された
制御信号とに基づいてＦＭ変調される。その詳細を図４
を参照して説明する。図４において３１は遅延回路であ
り、複数アドレスの記憶素子によって構成されている。
遅延回路３１は、キャリア信号をサンプリング周期毎に
ラッチして先頭アドレスに読み込むとともに各アドレス
に記憶した情報を順次後段のアドレスにシフトし、最終
アドレスから溢れた情報は廃棄する。

【００２７】また、遅延回路３１は、乗算器３２から読
出しアドレスが供給されると、このアドレスに記憶され
たデータを出力する。従って、この読出しアドレスを一
定にしておくと、キャリア信号は所定時間遅延された後
に出力されるが、読出しアドレスを前後に変動させる
と、ＦＭ変調されたキャリア信号が出力されることが判
る。

【００２８】ここで、モジュレータＭＩＸ部２から出力
された変調信号は、乗算器３６に供給され、変調の深さ
を指定する変数M_DEPTHが乗算される。次に、この変調
信号は加算器３５を介して、変数C_DELAYが加算され、
この加算結果が乗算器３４を介して乗算器３３に供給さ
れる。なお、変数C_DELAYとは、後述するノートオンピ
ッチ長データNOPLとともにキャリア信号の遅延時間を指
定する変数である。乗算器３４においては、変調信号に
対して、ノートオンピッチ長データNOPLが乗算される。
ここで、ノートオンピッチ長データNOPLとは、ノートオ
ン時における楽音のピッチを示すデータである。

【００２９】ここで、このデータNOPLを変調信号に乗算
する理由は、以下の通りである。すなわち、キャリア信
号に所定の深さでＦＭ変調をかける場合、ピッチが大と
なるほど（音高が低くなるほど）、読出しアドレスの変
化幅が大となる。従って、ピッチが大である場合にはよ
り長い時間に渡って記憶されたキャリア信号を使用する
必要があるから、読出しアドレスを大とする必要があ
る。一方、ピッチが小である場合には、読出しアドレス
は小でよい。また、変数C_DELAYも読出しアドレスの中
心を指定するものであり、変調の深さが大となるほど大
きな値が選ばれる。

【００３０】このように、変数C_DELAYとノートオンピ
ッチ長データNOPLとに基づいて、読出しアドレスの中
心、すなわち変調度が「０」の場合における読出しアド
レスが決定される。次に、この変調信号は、乗算器３３
を介して変数C_DEPTHが乗算される。ここで、変数C_DEP
THは変調の深さを制御するための変数であり、操作子１
０５における種々の操作情報に基づいて、上記ノートオ
ンピッチ長データNOPLとともに制御部１０６から供給さ
れるものである。

【００３１】次に、乗算器３３から出力された変調信号
は、乗算器３２に供給され、「１／３２」が乗ぜられ
る。これは、ＦＭ変調の精度を向上させるために、予め
変調信号に「３２」を乗じておき、遅延回路３１に供給
される直前に「１／３２」を乗じるようにしたものであ
る。

【００３２】上記各構成要素が設けられたことにより、
ＦＭ変調部３においては、変調信号および制御部１０６
から供給される各種の制御信号に基づいてキャリア信号
が遅延されるとともにＦＭ変調される。例えば、変数M_
DEPTHが「０」、変数C_DELAYが「１」、変数C_DEPTHが
「１」であれば、キャリア信号は１周期だけ遅延するこ
とになる。同様に、変数C_DELAYが「０．５」であれば
半周期、「０．２５」であれば１／４周期だけキャリア
信号が遅延することになる。ここで、変数C_DEPTHは、
操作子１０５から出力されたＭＩＤＩ信号に基づいて設
定すると好適である。

【００３３】すなわち、ＭＩＤＩ信号は１６進コードで
「００Ｈ」〜「７ＦＨ」の値を取り得るが、これを制御
部１０６において「０．０」〜「１．０」の値に変換
し、変換した結果を変数C_DEPTHとして与えると、キャ
リア信号の位相遅れをリアルタイムで制御することがで
きる。ここで、変数M_DEPTHを「１」、変数C_DELAYを
「１」とし、変調信号が振幅「１」の正弦波であったと
すると、遅延回路３１におけるキャリア信号の位相遅れ
は図５のようになる。

【００３４】このように、変数M_DEPTHを小とすれば変
調の深さを変化させることができるから、変数M_DEPTH
を操作子等によって適宜設定できるように構成すると好
適である。また、ＦＭ変調部３においてキャリア信号に
遅延時間が付与されることにより、ここで施されるＦＭ
変調と、ＡＭ変調部４において施されるＡＭ変調（詳細
は後述する）との間に時間のずれが生ずる。従って、遅
延回路３１において付与される遅延時間は楽音の音色形
成に大きな影響を与えることが判る。

【００３５】Ａ−４．ＡＭ変調部４の構成次に、ＦＭ変調部３から出力されたキャリア信号は、Ａ
Ｍ変調部４に供給され、さらにＡＭ変調される。その詳
細を図６を参照して説明する。図において、ＦＭ変調部
３から出力されたキャリア信号は、乗算器４１を介し
て、キャリア・パワー・モジュレーション・レベルを示
す変数C_P_LVが乗算される。同様に、モジュレータＭＩ
Ｘ部２から出力された変調信号は、乗算器４４を介して
モジュレータ・パワー・モジュレーション・レベルを示
す変数C_M_LVが乗算される。従って、両変数C_P_LV，C_
M_LVを適宜設定することにより、ＡＭ変調のキャリア信
号と変調信号の比を決定することができる。

【００３６】次に、乗算器４４から出力された変調信号
は、乗算器４５を介して、さらに変数P_DEPTHが乗算さ
れる。この変数P_DEPTHはＡＭ変調の深さを指定する変
数であり、操作子１０５から出力されたＭＩＤＩ信号に
基づいて制御部１０６において生成される。すなわち、
上述したようにＭＩＤＩ信号は１６進コードで「００
Ｈ」〜「７ＦＨ」の値を取り得るが、これを制御部１０
６において「０．０」〜「１．０」の値に変換し、変換
した結果が変数P_DEPTHとして供給される。次に、乗算
器４１から出力されたキャリア信号と乗算器４５から出
力された変調信号とが乗算器４２において乗算され、こ
の結果、キャリア信号が変調信号によってＡＭ変調され
る。乗算器４２の出力信号は、さらにＬＣＦ（低域遮断
フィルタ）４３を介して直流成分が除去されて出力され
る。

【００３７】次に、図２において、ＡＭ変調部４の出力
信号は加算回路５に供給され、キャリアＭＩＸ部１から
出力されたキャリア信号と合成される。そして、合成さ
れた結果は入力ＭＩＸ部６および出力ＭＩＸ部８に供給
される。

【００３８】Ａ−５．入力ＭＩＸ部６および出力ＭＩＸ
部８の構成次に、入力ＭＩＸ部６および出力ＭＩＸ部８の構成を図
１４を参照して説明する。入力ＭＩＸ部６には、加算回
路５の出力信号が供給されるとともに、非線形演算部１
０１および線形演算部１０２から各信号ｑ_i，Ｓ₁，
Ｓ₂，Ｓ_L，ｖおよびＳR_Pが供給される。これらの信号
は、各々係数MIXD₁〜MIXD₇が乗算された後に合計され、
その結果がピッチチェンジャー７に供給される。ピッチ
チェンジャー７においては、入力ＭＩＸ部６の出力信号
にピッチ変動が付与され（詳細は後述する）、その結果
が出力ＭＩＸ部８に供給される。

【００３９】出力ＭＩＸ部８においては、ピッチチェン
ジャー７の出力信号、非線形演算部１０１および線形演
算部１０２から供給された各信号ｑ_i，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_L，
ｖおよびＳ_RP、および加算回路５の出力信号に対して、
それぞれ係数MIXE₀〜MIXE₇が乗算される。そして、係数
の乗算された各信号は合計され、共鳴系１０７に供給さ
れる。

【００４０】Ａ−６．ピッチチェンジャー７の構成次に、ピッチチェンジャー７の構成を図１５、１６を参
照して説明する。図において、５０はＬＰＦであり、入
力ＭＩＸ部６の出力信号が供給されると、この信号から
高周波成分を除去して出力する。５１はメモリ等から成
る遅延回路であり、ＬＰＦ５０の出力信号（以下、被ピ
ッチチェンジ信号という）が順次記憶される。すなわ
ち、被ピッチチェンジ信号が遅延回路５１に書込まれる
際の書込みアドレスは、初期状態においては遅延回路５
１の最終アドレスであり、サンプリング周期毎に該書込
みアドレスが「１」番地づつデクリメントされる。そし
て、書込みアドレスが遅延回路５１の先頭アドレスに達
すると、次のサンプリング時刻において書込みアドレス
が再び最終アドレスに設定され、以下、同様の動作が繰
返えされる。

【００４１】ここで、ピッチチェンジャー７の動作原理
を簡単に説明しておく。まず、上述したように、遅延回
路５１に対してＬＰＦ５０の出力信号が順次書込まれる
から、書込まれた被ピッチチェンジ信号を読み出すこと
によって、被ピッチチェンジ信号が再生される。ここ
で、遅延回路５１を読み出す際の読出しアドレスを絶対
リードアドレスポインタｉｘによって与え、サンプリン
グ周期毎に絶対リードアドレスポインタｉｘを「１」番
地づつデクリメントしたならば、被ピッチチェンジ信号
は変形されることなく読み出される。

【００４２】一方、絶対リードアドレスポインタｉｘの
デクリメント量を「１」以外の値に設定すると、被ピッ
チチェンジ信号に対してピッチ変動を施すことが可能で
ある。例えば、デクリメント量を「２」にしたならば、
読み出された被ピッチチェンジ信号は２倍のピッチを有
する信号、すなわち１オクターブ高い信号に変換され
る。また、デクリメント量を「０．５」にしておき、デ
クリメントされた値（整数部ｉｘ＋小数部ｒｘ）の小数
部ｒｘを四捨五入し、その結果を絶対リードアドレスポ
インタｉｘとして遅延回路５１に供給すると、被ピッチ
チェンジ信号は１オクターブ低い信号に変換される。

【００４３】ところで、単に上述した原理に基づいてピ
ッチチェンジャー７を構成すると、種々の不具合が生ず
る。まず、被ピッチチェンジ信号の書込みアドレスのデ
クリメント量と絶対リードアドレスポインタｉｘのデク
リメント量とが相違するため、一方が他方に追い付く場
合がある。この場合、遅延回路５１から読み出された被
ピッチチェンジ信号の位相がずれ、楽音に悪影響を及ぼ
す。また、絶対リードアドレスポインタが小数部を含む
場合、単に四捨五入によって小数部を除去すると、読み
出された被ピッチチェンジ信号の忠実度が低下する問題
がある。

【００４４】従って、本実施例におけるピッチチェンジ
ャー７にあっては、かかる問題に対して、以下の解決策
が採られている。すなわち、絶対リードアドレスポイン
タｉｘとともに、他の絶対リードアドレスポインタｉｙ
を求めて遅延回路５１に供給し、両ポインタによって読
み出された信号にクロスフェードを施すことによって被
ピッチチェンジ信号の位相ずれに対処している。

【００４５】また、両アドレスポインタｉｘ，ｉｙが小
数部ｒｘ，ｒｙを含む場合には、ｉｘ＋ｒｘおよびｉｙ
＋ｒｙの前後のアドレスｉｘ，ｉｘ＋１，ｉｙおよびｉ
ｙ＋１を読出し、小数部ｒｘ，ｒｙによって補間演算を
行うことによって、忠実度の低下に対処している。以上
がピッチチェンジャー７の概要であり、その詳細を以下
説明する。

【００４６】図において５２は乗算器であり、ピッチの
変動量を決定するためのピッチパラメータPITC1が制御
部１０６から供給されると、これに所定の係数を乗算
し、インクリメント値PIC1Iとして出力する。次に、５
３は「１６」ビットのカウンタであり、インクリメント
値PIC1Iをサンプリング周期毎にカウントし、その結果
を計数値ct10Tとして出力する。

【００４７】すなわち、計数値ct10Tの初期値は１６進
表記で「００００Ｈ」であり、サンプリング周期毎に値
PIC1Iづつインクリメントされる。そして、計数値ct10T
が１６進表記で「ＦＦＦＦＨ」を超えると、オーバーフ
ローした桁は廃棄され、計数動作が継続される。なお、
以下の説明において、特にことわらない限り、数字の末
尾に「Ｈ」を付したものは１６進表記であることとす
る。

【００４８】ここで、時刻ｔを横軸とし、計数値ct10T
を縦軸とするグラフを作成すると、計数値ct10Tの波形
は、図１６(ａ)に示すような鋸波状になる。また、計数
値ct10Tを「１」の補数表現によって表現された１６進
数であると考えると、計数値ct10Tは「−８０００Ｈ」
から「７ＦＦＦＨ」に至るまで漸次インクリメントさ
れ、「７ＦＦＦＨ」を超えると「−８０００Ｈ」に戻る
値であると考えることができる。

【００４９】次に、計数値ct10Tは、乗算器５５を介し
て「１／２」が乗算され、さらに加算器５７を介して
「４０００Ｈ」が加算される。この結果、加算器５７の
出力信号wp10Tは、図１６(ｂ)に示すような値に設定さ
れる。一方、計数値ct10Tは、加算器５４において「８
０００Ｈ」が加算され、加算結果が計数値ct11Tとして
出力される。この結果、計数値ct11Tは、計数値ct10Tに
対して半周期進んだ信号になる。

【００５０】計数値ct11Tは、計数値ct10Tと同様に、乗
算器５６を介して「１／２」が乗算され、加算器５８を
介して「４０００Ｈ」が加算される。従って、加算器５
８から出力される信号wp11Tは、図１６(ｃ)に示すよう
に、波形は出力信号wp10Tと同形であり、位相が１８０
°進んだ信号になる。

【００５１】次に、出力信号wp10T, wp11Tは、それぞれ
乗算器５９，６０を介して係数WPAP1が乗算され、乗算
結果が相対リードアドレスポインタｉｘｓ，ｉｙｓとし
て出力される。ここで、係数WPAP1は、負の値であって
もよく、小数部を有してもよい。すなわち、加算器５
７，５８の出力信号wp10T, wp11Tは整数値で表現される
が、相対リードアドレスポインタｉｘｓ，ｉｙｓは２０
ビットの固定小数点表現、すなわち整数部１０ビットお
よび小数部１０ビットで表現される。

【００５２】次に、６３は１０ビットのカウンタであ
り、サンプリング周期毎に値「−１」が計数され、計数
結果が加算器６１，６２に供給される。そして、この計
数結果と相対リードアドレスポインタｉｘｓ，ｉｙｓが
加算されることにより、絶対リードアドレスポインタｉ
ｘ，ｉｙおよびこれらの小数部ｒｘ，ｒｙが出力され
る。

【００５３】両アドレスポインタｉｘ，ｉｙが遅延回路
５１に供給されると、遅延回路５１におけるアドレスｉ
ｘ，ｉｘ＋１，ｉｙおよびｉｙ＋１に格納されたデータ
Ｄ（ｉｘ），Ｄ（ｉｘ＋１），Ｄ（ｉｙ）およびＤ（ｉ
ｙ＋１）が読み出され、それぞれ乗算器７０〜７３に供
給される。乗算器７０〜７３にあっては、供給されたデ
ータに対して、それぞれ補間計数１−ｒｘ，ｒｘ，１−
ｒｙおよびｒｙが乗算される。そして、乗算器７０，７
１の出力信号は加算器７４において加算され、加算結果
がピッチチェンジ信号Ｘとして出力される。同様に、乗
算器７２，７３の出力信号は加算器７５において加算さ
れ、加算結果がピッチチェンジ信号Ｙとして出力され
る。すなわち、ピッチチェンジ信号Ｘ，Ｙは、次式(A
2)，(A3)によって示される値になる。

【００５４】Ｘ＝（１−ｒｘ）・Ｄ（ｉｘ）＋ｒｘ・Ｄ（ｉｘ＋１） ……(A2) Ｙ＝（１−ｒｙ）・Ｄ（ｉｙ）＋ｒｙ・Ｄ（ｉｙ＋１） ……(A3)

【００５５】一方、加算器５４から出力された計数値ct
11Tは、絶対値変換回路７６に供給され、計数値ct11Tの
絶対値env10Tが出力される。従って、絶対値env10Tの波
形は図１６(ｄ)に示すようになる。次に、７７はレベル
シフト回路であり、絶対値env10Tからシフト値EVOF1が
減算され、減算結果が値ev10Tとして出力される。但
し、減算結果が「０」未満の値である場合には、値ev10
Tは「０」に設定される。従って、値ev10Tの波形は、図
１６(ｅ)に示すようになる。

【００５６】次に、７８は乗算器であり、値ev10Tに所
定の係数EVAP1が乗算され、乗算結果がクロスフェード
係数evxとして出力される。但し、乗算結果にオーバー
フローが生じた場合には、クロスフェード係数evxに
は、最高値たる「７ＦＦＦＨ」が設定される。従って、
クロスフェード係数evxは、図１６(ｆ)に示すように、
台形波状の波形を有する。次に、７９は減算器であり、
「７ＦＦＦＨ」からクロスフェード係数evxが減算さ
れ、減算結果がクロスフェード係数evyとして出力され
る。従って、クロスフェード係数evyの波形は、図１６
(ｇ)に示すようになる。

【００５７】両クロスフェード係数evx, evyは、それぞ
れ乗算器８０，８１に供給され、ピッチチェンジ信号
Ｘ，Ｙと乗算される。そして、これらの乗算結果は加算
器８２において加算され、信号opc1Tとして出力され
る。すなわち、図１６(ｆ)，(ｇ)を比較して明らかなよ
うに、ピッチチェンジ信号Ｘ，Ｙにクロスフェードが付
与されることが判る。信号opc1Tは、ＬＰＦ８３を介し
て高周波成分が除去された後、出力ＭＩＸ部８（図１４
参照）に供給される。

【００５８】Ｂ．実施例の動作次に、図１を参照して本実施例の動作を説明する。ま
ず、非線形演算部１０１に吹奏圧信号preおよびアンブ
シュア信号embを供給すると、これに基づいて進行波圧
力信号ｑ₀が発生し、線形演算部１０２に供給される。
線形演算部１０２においては、この進行波圧力信号ｑ₀
が遅延・減衰されつつ伝搬され、反射波圧力信号ｑ_iと
して非線形演算部１０１に帰還される。このように、非
線形演算部１０１と線形演算部１０２との間で相互に信
号がやりとりされることにより、管楽器における圧力進
行波／反射波の伝搬がシミュレートされる。

【００５９】次に、非線形演算部１０１および線形演算
部１０２から各信号ｑ_i，Ｓ₁，Ｓ₂,S_L，ｖおよびＳ_RPが
抽出され、音作りエフェクト装置１０８に供給される。
音作りエフェクト装置１０８においては、供給された各
信号に基づいてキャリア信号と変調信号とが合成され、
変調信号によってキャリア信号がＦＭ変調およびＡＭ変
調される。さらに、キャリアＭＩＸ部１の出力信号とＡ
Ｍ変調部４における出力信号は加算回路５において加算
され、この加算結果が入力ＭＩＸ部６を介してピッチチ
ェンジャー７に供給される。そして、加算回路５の加算
結果と、ピッチチェンジの施されたピッチチェンジャー
７の出力信号とは出力ＭＩＸ部８において合成され、そ
の結果が共鳴系１０７，ＤＡＣ１０３を介して楽音信号
として出力される。

【００６０】一方、操作子１０５においては、演奏者に
よって鍵盤および各種の操作子が操作され、この操作情
報がＭＩＤＩ信号として制御部１０６に供給される。制
御部１０６においては、供給された操作情報に基づいて
各種の制御信号が出力され、音作りエフェクト装置１０
８における各種のパラメータが設定される。このよう
に、本実施例にあっては、進行波圧力信号ｑ₀および反
射波圧力信号ｑ_iが伝搬されるループの外に音作りエフ
ェクト装置１０８が設けられ、ここで音作りが行われ
る。従って、パラメータを任意に変動させた場合におい
ても、発振の停止あるいはピッチのずれ等の不具合を防
止することが可能である。

【００６１】また、本実施例においては、例えばＦＭ変
調の深さを指定する変数C_DEPTH、ＡＭ変調の深さを指
定する変数P_DEPTH等のパラメータを用いて音作りを行
うことができるから、どのパラメータをどのように動か
すと楽音がどのように変化するのか対応関係が把握し易
く、所望の音作りを容易に行うことができる。さらに、
本実施例においては、非線形演算部１０１および線形演
算部１０２を具備するから、物理モデル音源ならではの
特色、例えば吹奏圧信号preあるいはアンブシュア信号e
mb等によって楽音を制御できるような特色も有する。

【００６２】ここで、音作りエフェクト装置１０８にお
ける各部の係数の設定について説明しておく。上述した
ように、音作りエフェクト装置１０８においては、非線
形演算部１０１から供給された各信号Ｓ_L，ｖおよびＳ
_RPと、線形演算部１０２から供給されたｑ_i，Ｓ₁および
Ｓ₂とが適宜混合された後に使用される。この非線形演
算部１０１から供給される信号は、自然管楽器のリード
部の挙動をシミュレートした信号であるため、硬い音色
を有する。一方、線形演算部１０２から供給される信号
は、管楽器の管体部をシミュレートした信号であるか
ら、柔らかい音色を有する。従って、キャリアＭＩＸ部
１あるいは出力ＭＩＸ部８等において、これら信号の混
合比率を適宜設定することにより、音色の硬さを調節す
ることができる。

【００６３】また、図１４の入力ＭＩＸ部６において
は、各係数MIXD₁〜MIXD₇を適宜設定することよってピッ
チチェンジャー７に供給する被ピッチチェンジ信号の混
合比率を設定することが可能である。ここで、本発明者
の実験によれば、被ピッチチェンジ信号は、非線形演算
部１０１から供給される信号あるいは線形演算部１０２
から供給される信号のうち、何れか一方のみを選択する
と好適であることが判明した。例えば、線形演算部１０
２を選択する場合には、係数MIXD₁〜MIXD₃を「０」に設
定し係数MIXD₄〜MIXD₆を「０」以外の値に設定すると良
い。一方、非線形演算部１０１を選択する場合には、係
数MIXD₁〜MIXD₃を「０」以外の値に設定し係数MIXD₄〜M
IXD₆を「０」に設定すると良い。

【００６４】このような設定方法を採用することによ
り、自然楽器に近い好適な合成音が得られた。一方、上
記以外の選択、例えば係数MIXD₁とMIXD₄を「０」以外の
値に設定し他の係数を「０」に設定するような選択を行
った場合、本発明者の実験した限りにおいては好適な結
果は得られなかった。この現象が生ずる理由は、現在解
明されている自然管楽器の発音理論では説明困難であ
り、今後の理論的解明が待たれる。

【００６５】Ｃ．実施態様なお、本発明の実施態様としては、例えば以下のような
ものが考えられる。実施態様１前記楽音修飾手段は、前記第１の信号を前記線形演算手
段または前記非線形演算手段のうち一方から抽出された
信号によって生成するとともに、前記第２の信号を前記
線形演算手段または前記非線形演算手段のうち他方から
抽出された信号によって生成することを特徴とする請求
項１に記載の楽音合成装置。

【発明の効果】以上説明したように、この発明の楽音合
成装置によれば、線形演算手段または非線形演算手段か
ら抽出された信号に基づいて第１の信号と第２の信号と
を生成し、第２の信号にピッチ変動を施した後に前記第
１の信号を加算し、この加算結果を楽音信号として出力
するから、進行波信号に全く影響を与えることなく、楽
音信号を形成することができる。従って、非線形演算手
段および線形演算手段間の発振の停止あるいはピッチの
変動等の不具合が未然に防止され、自由かつ容易に音作
りを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の電子楽器の構成を示すブロック図
である。

【図２】音作りエフェクト装置１０８のブロック図で
ある。

【図３】キャリアＭＩＸ部１のブロック図である。

【図４】ＦＭ変調部３のブロック図である。

【図５】ＦＭ変調部３の動作説明図である。

【図６】ＡＭ変調部４のブロック図である。

【図７】従来の物理モデル音源のブロック図である。

【図８】線形演算部１０２のブロック図である。

【図９】非線形演算部１０１のブロック図である。

【図１０】ＤＡＣ１０３のアナログ出力信号を示す図
である。

【図１１】開口面積信号Ｓ_Lを示す図である。

【図１２】空気速度信号ｖを示す図である。

【図１３】びびり信号Ｓ_RPを示す図である。

【図１４】入力ＭＩＸ部６および出力ＭＩＸ部８のブ
ロック図である。

【図１５】ピッチチェンジャー７のブロック図であ
る。

【図１６】ピッチチェンジャー７の各部の波形図であ
る。

【符号の説明】

１０１非線形演算部（非線形演算手段）１０２線形演算部（線形演算手段）１０８音作りエフェクト装置（楽音修飾手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】進行波信号が入力されると、この進行波
信号を適宜伝搬および遅延させて出力する線形演算手段
と、楽音制御情報に基づいて前記線形演算手段の出力信号を
変化させ前記進行波信号として出力する非線形演算手段
と、前記線形演算手段または前記非線形演算手段において発
生する複数の信号を抽出し、抽出した信号から第１の信
号と第２の信号とを生成し、この第２の信号にピッチ変
動を施した後に前記第１の信号を加算し、この加算結果
を楽音信号として出力する楽音修飾手段とを具備するこ
とを特徴とする楽音合成装置。