JPH0789278B2

JPH0789278B2 - 電子楽器の楽音制御方法

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Publication number: JPH0789278B2
Application number: JP63301488A
Authority: JP
Inventors: 聡史宇佐
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH02146594A

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）産業上の利用分野この発明は電子的に楽音を発生する電気楽器の楽音制御
方法に関し、特にビブラート等の効果の制御方法に関す
る。

（ｂ）従来の技術電子的に楽音を発生する電子楽器は現在様々なものが実
用化されており、従来より一般的な鍵盤（キーボード）
型に加えて管楽器型や弦楽器（ギター）型のものも実用
化されている。これらの電子楽器は種々の操作部（キー
スイッチ等）を有し、この操作部が操作（演奏）される
ことにより演奏情報を得て発生する楽音を制御する。た
とえば鍵盤型の電子楽器の場合、操作部として５〜7.5
オクターブ程度のキーボード（各キーが半音毎の音高
（C,C,D,E……）に対応している）を備え、各キーにキ
ーのオン・オフを検出するキーオンセンサ，打鍵強度
（イニシャルタッチ）を検出するイニシャルタッチセン
サ，キーオン中のキー押圧強度（アフタータッチ）を検
出するアフタータッチセンサ等を備えている。さらにこ
のキーボードに加えてペダルやホイール型操作部をも有
している。一方、管楽器型電子楽器の場合には、操作部
として木管楽器類似のキーシステムおよび吹き口を備
え、各キーの操作状態を検出するセンサおよび吹き込ま
れる息の強さを検出するブレスセンサ，リードに加わる
圧力を検出するリップセンサ等を有している。このよう
な操作部から得られる演奏情報に基づいて音高，ピッチ
（同一音高内での微小周波数）変位，レベル（音量），
波形，付加的効果（ビブラート等）等種々の楽音制御パ
ラメータを決定し、この楽音制御パラメータで音源部に
発音させることにより、表情の豊かな楽音を発生するこ
とができる。このような構成の電子楽器において、より
演奏効果を高め楽音に微妙な表情を付けることを要求す
ることがあるが、このような場合一つの楽音制御パラメ
ータを複数の演奏情報で制御することが従来より行われ
ている。

（ｃ）発明が解決しようとする課題しかし、従来の電子楽器においては、複数の演奏情報に
基づいて一つの楽音制御パラメータを決定する場合に
は、各々の演奏情報に基づいて個別に制御量を求め、こ
れらを加算または乗算して楽音制御パラメータを決定し
ていた。たとえば、ビブラート（楽音のピッチ（周波
数）の周期的変化），トレモロ（楽音のレベル周期的変
化），リバーブ（キーオフ後の残響）等楽音の付加的効
果は楽音の表現力を一層豊かにするものであるため演奏
時にしばしば用いられるが、これら効果の程度を決定す
る効果パラメータはアフタータッチ，ブレス，ピッチベ
ンドホイールやキーオン時間等の演奏情報に基づいて決
定される。従来この効果パラメータの決定は、効果を制
御すべく設定されている操作部から得た演奏情報（上記
アフタータッチ，ピッチベンドホイールの操作量，キー
オン時間等）のそれぞれから別個に制御量を求めそれら
を加算または乗算することにより行われていた。

しかし、多くの演奏情報を用いて効果を複雑に制御しよ
うとする場合、上記のようなパラメータ決定方式では演
奏情報毎に個別に制御量を求める必要があるため制御に
時間が掛かり発音が遅くなる欠点があるとともに、求め
られた複数の制御量の和（または積）が極めて大きいも
のになった場合でもこれを抑制することができず、必要
以上にビブラート等の効果がかかってしまい楽音として
好ましくなくなる危険性があった。

また、電子楽器で自然楽器に近いニュアンスを表現しよ
うとする場合、種々の演奏情報を複合的に演算して楽音
を制御する必要があるが、このような演算を従来の演奏
情報毎の制御や一般なアルゴリズムによるプログラム処
理で行おうとする場合、演算に時間が掛かって実用にな
らない欠点があった。また、これを補うために演算装置
を高速にすると、大型化，高価格化する欠点があった。

この発明は、上述の従来の欠点に鑑みてなされたもの
で、複数の演奏情報に対応した効果制御パラメータを簡
単かつ高速に形成できるようにした電子楽器の楽音制御
方法を提供することを目的とする。

（ｄ）課題を解決するための手段この発明は、少なくとも２つの第１および第２の演奏情
報の値に応じて変化する効果制御パラメータを形成し、
この効果制御パラメータによって楽音に付与される効果
の制御を行う電子楽器の楽音制御方法であって、前記第１の演奏情報の値の変化に応じた前記効果制御パ
ラメータの変化態様を示す第１のルールに関する第１の
関数および前記第２の演奏情報の値の変化に応じた前記
効果制御パラメータの変化態様を示す第２のルールに関
する第２の関数を用意し、入力された前記第１および第２の演奏情報の値に応じ前
記第１および第２の関数に基づきファジィ推論処理を行
って前記効果制御パラメータを形成することを特徴とする。

（ｅ）作用この発明の電子楽器の楽音制御方法では、ファジィ推論
により演奏情報（キーオン時間，アフタータッチ強度，
ホイール操作量等）を複合的に参照して効果制御パラメ
ータを制御するようにした。

ここで、ファジィ推論は『種々の演奏情報に基づいて効
果をどの程度かければよいか』に関して行われる。この
ため複数のファジィルールが定められる。ファジィルー
ルは一般的に、 if（ｘ＝A,y＝B,……）then（ｕ＝Ｒ）の形式で表される。この発明では、例えば、『アフタータッチ（ｘ）が大きく（Ａ）且つキーオン時
間（ｙ）が長けれ（Ｂ）ば、ビブラート（ｕ）を大きく
付ける（Ｒ）。』『イニシャルタッチ（ｘ）が小さく（Ａ）且つキーオン
時間（ｙ）が長けれ（Ｂ）ばリバーブ（ｕ）を長くする
（Ｒ）。』『イニシャルタッチ（ｘ）が大きく（Ａ）且つアフター
タッチ（ｙ）が小さく（Ｂ）且つキーオン時間（ｚ）が
短けれ（Ｃ）ば、リバーブ（ｕ）を付けない（Ｒ）。』等のようなルールが構成される。

ここで第６図を参照して一般的なファジィ推論の方式を
説明する。この方式はmini,maxルールと言われるもので
ある。この例では２個のファジィルール『if（ｘ＝A₁）
then（ｕ＝R₁）,if（ｘ＝A₂,y＝B₂）then（ｕ＝R₂）』
に基づく推論を説明する。それぞれの命題（ｘ＝A₁,x＝
A₂,y＝B₂,u＝R₁,u＝R₂）がメンバーシップ関数で表現さ
れる。条件部（“if"以下の命題）のメンバーシップ関
数は入力される変数値（x₀,y₀）が所定のファジィ集合
（A₁,A₂,B₂）にどの程度属しているかを示す関数値（メ
ンバーシップ値：α_x,β_x,β_ｙ）を求めるための関数で
あり、条件部の出力は求められたメンバーシップ値のう
ち最小のもの（α_x,β_ｘ）となる。結論部（“then"以
下の命題）のメンバーシップ関数はこのルールの結論を
出力するための関数で、条件部の出力値でリミット（頭
切り）された制御量方向（ｕ軸方向）に広がりをもつ値
として出力されるものである。最終的な制御量（u₀）は
複数のファジィルールの結論を論理和し、その重心の値
とされる。

この発明では、前述の条件部の関数として、第１および
第２の演奏情報に対応してそれぞれ演奏情報の値の変化
に応じた効果制御パラメータの変化態様を示す第１のル
ールに関する第１の関数および第２のルールに関する第
２の関数を用意し、この各関数を用いて入力された各演
奏情報の値に対応した条件部としての各出力が求められ
る。そして、この各関数に基づく各演奏情報の値に対応
した各出力を用いて前述の結論部に対応する処理を実行
することにより、第１および第２の演奏情報の値に対応
した効果制御パラメータが形成される。

このようなファジィ推論を効果制御に用いることによ
り、複数の演奏情報を複合的に考慮した推論処理が容易
にできるため、簡略な回路構成で、微妙な効果制御をす
ることができる。また、この場合でも処理速度が低下す
ることがない。さらに、ファジィルールやメンバーシッ
プ関数を種々変更することにより、容易に楽器毎に独自
の効果特性を持たせることができる。

（ｆ）実施例第１図はこの発明の実施例である楽音制御方法が用いら
れる電子楽器のブロック図である。この電子楽器は鍵盤
型であり、鍵盤操作に基づいてビブラート制御および発
音時のピッチのゆらぎ制御ができるものである。ここ
で、ビブラートとは第７図（Ａ）に示すように楽音周波
数（ピッチ）の周期的な上下であり楽音に柔らかさを与
える効果である。また、ゆらぎとは同図（Ｂ）に示すよ
うに発音直後のピッチの不安定な状態をいい自然楽器の
特徴を模倣する効果である。

鍵盤１は複数の音高に対応するキーを有している。それ
ぞれのキーにはキーのオン・オフを検出するキーオンセ
ンサ，イニシャルタッチ強度（速度）を検出するイニシ
ャルタッチセンサおよびアフタータッチ強度を検出する
アフタータッチセンサが設けられている。イニシャルタ
ッチセンサはキーオン動作に伴って連続してオンする２
個のフォトセンサからなっており、このうち後にオンす
るフォトセンサがキーオンセンサを兼ねている。これら
のセンサの状態はキーオン検出回路2,イニシャルタッチ
検出回路３およびアフタータッチ検出回路４に検出され
る。キーオン検出回路２は常時鍵盤１（フォトセンサ）
をスキャンして各キーのオン・オフを監視しており、キ
ーオンがあったときにはそのキーコード（音高を表すコ
ード:KC），キーオン信号（KON）およびキーオン時間
（KONT）を出力する。イニシャルタッチ検出回路３はキ
ーオンがあったとき、そのキーの打鍵の強さを検出して
出力する。また、アフタータッチ検出回路４はオンされ
ているキーの押圧強度を検出して出力する。キーコード
（KC）は合成器７に入力され、キーオン信号（KON）は
音源回路８およびエンベロープジェネレータ９に入力さ
れ、キーオン時間信号（KONT）は効果パラメータ推論回
路５に入力されている。効果パラメータ推論回路5,音源
回路8,エンベロープジェネレータ９にはイニシャルタッ
チ強度信号，アフタータッチ強度信号も入力される。効
果パラメータ推論回路５は信号発生回路６を介して合成
器７およびエンベロープジェネレータ９に接続されてい
る。効果パラメータ推論回路５は入力された信号に基つ
いて効果（ビブラート，ゆらぎ）制御量を推論し、信号
発生回路６に出力する。信号発生回路はこの効果制御量
から変位波形信号（CS₁,CS₂）を生成しそれぞれ合成器
7,エンベロープジェネレータ９に出力する。合成器７は
入力されたキーコード（KC）を周波数信号（Ｆナンバ：
周波数を表すディジタル値）に変換するとともに、この
周波数信号を前記変位波形信号（CS）で変調する回路で
ある。このようにして決定された楽音の周波数信号が所
定タイミングで累算されて音源回路８に入力される。音
源回路８はこの累算値で所定の波形（音色）を表すディ
ジタル信号を発生し乗算回路10に入力する。乗算回路10
にはエンベロープジェネレータ９が接続されており、エ
ンベロープジェネレータ９で生成されたエンベロープ信
号により前記ディジタル信号が振幅変調される。エンベ
ロープジェネレータ９はイニシャルタッチ信号，アフタ
ータッチ信号，キーオン時間等に基づいて立ち上がり，
減衰等のレベル波形を有する基本エンベロープ信号を生
成し、この基本エンベロープ信号に信号発生回路６から
入力されたレベル変位波形信号CS₂を重畳して乗算回路1
0に出力するエンベロープ信号を生成する。エンベロー
プを施されたディジタル楽音信号はD/A変換回路11に入
力される。D/A変換回路11ではディジタルの楽音信号が
サンプル／ホールドされてアナログの楽音信号に変換さ
れる。アナログ楽音信号はアンプ12に入力される。

第２図（Ａ），（Ｂ）は効果パラメータ推論回路５の詳
細なブロック図である。同図（Ａ）はビブラートパラメ
ータ推論回路であり、同図（Ｂ）はゆらぎパラメータ推
論回路である。これらの回路はファジィ推論回路で構成
されている。これらの回路で行われるファジィ推論は、『if“アフタータッチが大きい"then“ビブラートを大
きくかける”』 ……（１）『if“キーオン時間が長い"then“ビブラートを小さく
かける”』 ……（２）『if“‘イニシャルタッチが小さい'and‘キーオン直
後'"or“キーオン時間が長くない”“andアフタータッ
チが小さくない"then“ビブラートをかけない”』 ……
（３）および、『if“‘キーナンバが大きい（音高が高い）'or‘イニ
シャルタッチが大きい'"then“ゆらぎを大きくかけ
る”』 ……（４）『if“‘キーナンバが小さい（音高が低い）'and‘イニ
シャルタッチが大きくない'"then“ゆらぎを小さくかけ
る”』 ……（５）である。これらの推論結果を総合してピッチ変動量を決
定する。第３図（Ａ）〜（Ｇ）にこのルールを構成する
各命題のメンバーシップ関数を示す。ここで、AT,IT₁,K
O₁,KO₂およびKN,IT₂はそれぞれ「アフタータッチが大き
い」「イニシャルタッチが小さい」「キーオン直後」
「キーオン時間が長い」「キーナンバが大きい」「イニ
シャルタッチが大きい」のファジィ集合（条件部）を表
すメンバーシップ関数である。また、VL,VS,VZおよびY
L,YSはそれぞれ「ビブラートを大きくかける」「ビブラ
ートを小さくかける」「ビブラートをかけない」「ゆら
ぎを大きくかける」「ゆらぎを小さくかける」の結論部
に対応するメンバーシップ関数である。

このようなメンバーシップ関数を用いて上記ファジィル
ールを実行することにより第４図（Ａ）〜（Ｄ）に示す
ようなピッチ制御をすることができる。同図（Ａ）はイ
ニシャルタッチ，アフタータッチの強度を示す。すなわ
ちあるキーナンバーのキーがイニシャルタッチが強くア
フタータッチは徐々に強くなるように演奏された。この
ようなキータッチをすることにより、ゆらぎは大きくか
かり（同図（Ｂ））、ビブラートは徐々に大きくかかっ
てゆく（同図（Ｃ））。これらの効果で合成した制御量
の変化が同図（Ｄ）に示すグラフであらわされる。ファ
ジィルール，メンバーシップ関数を様々に変更すること
により、上記の例以外にも任意のビブラート，ゆらぎ特
性を得ることができる。

第２図（Ａ）を参照してビブラートパラメータ推論回路
の構成を説明する。メンバーシップ関数発生回路（MFC:
Membership Function Cercuit）101〜104は条件部のAT,
KO₁,KO₂,IT₁のメンバーシップ関数を発生する回路であ
り、それぞれアフタータッチ強度信号，キーオン時間信
号およびイニシャルタッチ強度信号を受け付けて対応す
るメンバーシップ値を求める。メンバーシップ関数発生
回路110〜112は結論部のVL,VS,VZのメンバーシップ関数
を発生する回路である。また、ミニマム回路113〜115は
それぞれ（１）〜（３）のファジィルールの結論を推論
するための回路である。ミニマム回路113はメンバーシ
ップ関数発生回路101（条件部）および110（結論部）の
メンバーシップ値およびメンバーシップ関数を受け付け
てファジィルール（１）の結論を推論する。ミニマム回
路114はメンバーシップ関数発生回路102（条件部）およ
び111（結論部）のメンバーシップ値およびメンバーシ
ップ関数を受け付けてファジィルール（２）の結論を推
論する。また、メンバーシップ関数発生回路101および1
02のメンバーシップ値はマキシマム回路104に入力され
て最大値が求められる。この最大値が加算器106におい
て“1"から減算されたのちマキシマム回路109に入力さ
れる。またメンバーシップ関数発生回路103,104のメン
バーシップ値はミニマム回路108に入力されて最小値が
求められる。この最小値が前記マキシマム回路109に入
力される。マキシマム回路109の出力がファジィルール
（３）の条件部出力となる。この条件部出力およびメン
バーシップ関数発生回路112が発生するメンバーシップ
関数がミニマム回路115に入力されファジィルール
（３）の結論が推論される、ミニマム回路113〜115で推
論された３つの結論はマキシマム回路116で論理和され
るとともに面積が求められる。求められた論理和図形お
よび面積は重心計算回路117に入力され、重心が求めら
れる。この重心がビブラートパラメータとなる。

第２図（Ｂ）を参照してゆらぎパラメータ推論回路の構
成を説明する。メンバーシップ関数発生回路121,122は
条件部のKN,IT₂のメンバーシップ関数を発生する回路で
あり、それぞれキーナンバ（キーコードより求めること
ができる。），イニシャルタッチ強度信号を受け付けて
対応するメンバーシップ値を求める。メンバーシップ関
数発生回路126,127は結論部のYL,YSのメンバーシップ関
数を発生する回路である。また、ミニマム回路128,129
はそれぞれファジィルール（４），（５）の結論を推論
するための回路である。メンバーシップ関数121,122の
メンバーシップ値はマキシマム回路123に入力されその
最大値が求められる。この最大値がファジィルール
（４）の条件部出力となり、ミニマム回路128に入力さ
れる。ミニマム回路128にはメンバーシップ関数発生回
路126のメンバーシップ関数も入力されファジィルール
（４）の結論を推論する。またマキシマム回路123の出
力は加算器125において１信号発生回路124が発生する
“1"から減算される。この値はミニマム回路129に入力
される。ミニマム回路129にはメンバーシップ関数発生
回路127のメンバーシップ関数も入力されファジィルー
ル（５）の結論を推論する。ミニマム回路128,129で推
論された２個の結論はマキシマム回路130で論理和され
るとともに面積が求められる。求められた論理和図形お
よび面積は重心計算回路131に入力され、重心が求めら
れる。この重心がゆらぎパラメータとなる。

上記ビブラートパラメータおよびゆらぎパラメータが合
成されて効果パラメータ推論回路５の出力となる。

上記ミニマム回路，マキシマム回路，重心計算回路等は
ディスクリートな回路で構成することもでき、またマイ
クロコンピュータで構成することもできる。第５図
（Ａ）〜（Ｅ）に上記ミニマム回路，マキシマム回路，
重心計算回路をマイクロコンピュータで構成した場合の
フローチャートを示す。

同図（Ａ），（Ｂ）はマキシマム回路105,109,123およ
びミニマム回路108の動作を実行するためのフローチャ
ートである。同図（Ａ）において、まず２個のスカラ量
（scl₁,scl₂）を読み込んで比較し（n1）、scl₁が大き
い場合にはscl₁をメモリscl₀に書き込み（n2）、scl₂が
大きい場合にはscl₂をメモリscl₀に書き込む（n3）。同
図（Ｂ）において、まず２個のスカラ量（scl₁,scl₂）
を読み込んで比較し（n4）、scl₁が小さい場合にはscl₁
をメモリscl₀に書き込み（n5）、scl₂が小さい場合には
scl₂をメモリscl₀に書き込む（n6）。

同図（Ｃ）はミニマム回路113〜115,128,129の動作を実
行するためのフローチャートである。まずn7でメンバー
シップ関数の横軸の値を表すｉを０にセットする。この
ｉの値がメンバーシップ関数の横軸の大きさ（size）以
上になったときn8の判断で動作を終了する。n9ではメン
バーシップ関数のｉにおける値（mem（ｉ））を読み出
し、この値が条件部のメンバーシップ値scl以下である
か否かを判断する（n10）。mem（ｉ）がscl以下であれ
ばmem（ｉ）の値をバッファ（buf）に書き込み（n1
2）、mem（ｉ）がsclを超えていればsclの値をバッファ
（buf）に書き込む（n11）。このバッファの値をｉに対
応する結論メモリmemo（ｉ）に書き込んだのち（n1
3）、ｉに１を加算して（n14）n8に戻る。

同図（Ｄ）はマキシマム回路116の論理和および面積計
算動作を実行するためのフローチャートである。まずn1
5で横軸値ｉおよび面積積算メモリaccに０をセットす
る。ｉの値がメンバーシップ関数の横軸の大きさ（siz
e）を超えたときn16の判断で動作を終了する。n17では
ｉにおけるファジィルール（１），（２），（３）の結
論関数値（mem1（ｉ）,mem2（ｉ）,mem3（ｉ））を読み
出し、このうち最大のものをn18で判断する。mem1
（ｉ）が最大であればmem1（ｉ）をバッファ（buf）に
書き込み（n19）、mem2（ｉ）が最大であればmem2
（ｉ）をバッファ（buf）に書き込み（n20）、mem3
（ｉ）が最大であればmem3（ｉ）をバッファ（buf）に
書き込む（n21）。n22でバッファの値をmem0（ｉ）に書
き込むとともに（n22）、面積積算メモリaccにバッファ
の値を加算する（n23）。こののちｉに１を加算して（n
24）n16に戻る。なお、マキシマム回路130は入力される
結論関数値が（４），（５）の２個であるがn17,n18の
動作をこの２個の関数値に関して行うようにすることに
より同様に実行することができる。

同図（Ｅ）は重心計算回路117,131の重心計算動作を実
行するためのフローチャートである。まず同図（Ｄ）で
求められた面積（acc）の半分の値を記憶エリア（hal
f）に記憶する（n25）。次に論理和された結論関数の横
軸に対応するｊおよび面積積算エリアhacに０をセット
する（n26）。バッファ（buf）にmem0（ｊ）を読み出し
（n27）、この値を面積積算エリアhacに積算する（n2
8）。積算されたhacの値を（half）と比較し（n29）、
（hac）が（half）以上であればそのときのｊの値が重
心点であるとして動作を終了するし、（hac）が（hal
f）に満たないときはｊに１を加算して（n30）n27に戻
る。

以上の実施例ではビブラートおよびゆらぎの効果制御に
ついて説明したが、他の付加的効果（リバーブ，トレモ
ロ等）についても同様に適用することができる。リアル
タイムで演奏される電子楽器に限らず、演奏情報を予め
記憶て自動演奏する装置でも同様の制御が可能である。

（ｇ）発明の効果以上のようにこの発明の電子楽器の楽音制御方法によれ
ば、効果制御にファジィ推論を用いたことにより、簡略
な回路構成で複数の演奏情報を複合的に考慮した効果制
御量の推論が可能になる。これにより、微妙な効果制御
が容易に高速度で実行でき、演奏に繊細なニュアンスを
付けることが可能になる。さらに、ファジィルールやメ
ンバーシップ関数を種々変更することにより、容易に楽
器の特性を変更することができ、楽器毎に効果の特徴付
けをすることも容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である楽音効果制御方法が用
いられる電子楽器のブロック図、第２図（Ａ），（Ｂ）
は同電子楽器の効果パラメータ推論回路のブロック図、
第３図（Ａ）〜（Ｇ）は同効果パラメータ推論回路で用
いられるメンバーシップ関数を表す図、第４図（Ａ）〜
（Ｄ）は同電子楽器の鍵盤操作に伴う周波数変位の例を
示す図、第５図（Ａ）〜（Ｅ）は同効果パラメータ推論
回路の各演算部をマイクロコンピュータで構成した場合
の動作を示すフローチャートである。第６図は一般的なファジィ推論の手法を説明するための
図、第７図（Ａ），（Ｂ）は一般的なビブラート効果お
よびゆらぎ効果によるピッチ変位を示す図である。１……鍵盤、２……キーオン検出回路、３……イニシャルタッチ検出回路、４……アフタータッチ検出回路、５……効果パラメータ推論回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの第１および第２の演奏情
報の値に応じて変化する効果制御パラメータを形成し、
この効果制御パラメータによって楽音に付与される効果
の制御を行う電子楽器の楽音制御方法であって、前記第１の演奏情報の値の変化に応じた前記効果制御パ
ラメータの変化態様を示す第１のルールに関する第１の
関数および前記第２の演奏情報の値の変化に応じた前記
効果制御パラメータの変化態様を示す第２のルールに関
する第２の関数を用意し、入力された前記第１および第２の演奏情報の値に応じ前
記第１および第２の関数に基づきファジィ推論処理を行
って前記効果制御パラメータを形成することを特徴とする電子楽器の楽音制御方法。