CN108242232A - 乐音生成装置、电子乐器、乐音生成方法以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及乐音生成装置、电子乐器、乐音生成方法以及存储介质。滤波运算部在第1音波形数据中，按照与音高分别对应的波形数据分别执行使该波形数据包含的频率成分分别减少与该波形数据对应的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅的多个滤波运算处理，生成减少音波形数据。高音符侧及低音符侧乘法器与高音符侧及低音符侧加法器分别按照比例混合各滤波运算处理的输出，输出高音符侧及低音符侧减少音波形数据。高音符侧及低音符侧卷积运算部分别执行卷积高音符侧及低音符侧减少音波形数据与脉冲响应波形数据的卷积运算处理。加法器将两个卷积运算部的输出相加，由此生成第3音波形数据。第3音波形数据作为共鸣音波形数据附加于钢琴音波形数据。

Description

乐音生成装置、电子乐器、乐音生成方法以及存储介质
本申请以2016年12月26日提出的日本专利申请2016-252130为基础，享受该申请的优先权，并将该基础申请的全部内容援引于本申请。
技术领域
本发明涉及乐音生成装置、电子乐器、乐音生成方法以及存储介质。
背景技术
在声学钢琴中，与各键对应地设置的制音器为，如果制音器踏板未被踩下，则在键未被按键的状况下会与弦接触，当键被按键时与弦的接触脱离。并且，与键的按键联动地进行动作的锤敲击该弦。另一方面，当踩下制音器踏板时，按压各键的制音器全部成为脱离的状态，当在该状态下通过某个键的按键而与该键对应的弦被敲击时，在发出与该弦的振动对应的声音的同时，发出相对于该弦的振动而其他全部弦共鸣而产生的共鸣音。即使键被离键，被敲击的弦的振动以及共鸣音的振动也持续较长时间。该共鸣音使钢琴的声音具有特征。
在以往的电子钢琴中，例如为了模拟声学钢琴的上述共鸣音，而进行组合了混响器、共鸣器等反馈型滤波器的信号处理。
此外，以往，例如为了能够再现弦共鸣音的复杂的声像感，而已知有如下那样的共鸣音声像生成装置(例如专利文献1)。共鸣音产生部具有将多个弦共鸣电路进行组合的弦共鸣电路组。各弦共鸣电路是具有与每个音名的倍音相当的共振频率的数字滤波器。当在按键时输入乐音信号时，根据该乐音信号将弦共鸣音信号输入至卷积运算部，预先测定的脉冲响应被卷积。卷积后的弦共鸣音信号由加法器合成而输出。在各弦共鸣电路组的各个输出信号中，卷积有来自在相同空间内假定了声学钢琴的琴马上的互不相同的声源位置的脉冲响应。
专利文献1：日本特开2007-193129号公报
但是，在基于上述的使用了反馈型滤波器的信号处理的现有技术中，难以获得与声学钢琴的共鸣音对应的真实的临场感。
发明内容
本发明的目的在于，提供乐音生成装置、电子乐器、乐音生成方法以及存储介质，能够生成声学钢琴那样的自然的共鸣音。
本发明的一个实施例的乐音生成装置为，包括：
多个键，该多个键分别与音高信息建立对应；以及
至少一个处理器，
上述至少一个处理器执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的上述音高信息相应的第1音波形数据中包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应相应的多个第2音波形数据中的至少任一个进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
附图说明
当与以下的附图相配合地考虑以下的详细记载时，能够获得本申请的更深刻的理解。
图1是表示电子乐器的实施方式的例子的框图。
图2是表示制音器效果音产生部的一个实施方式的框图。
图3是表示使录音的钢琴音的弦的基本共鸣音衰减的梳状滤波器的特性例的图。
图4是表示高音符侧附加倍率以及低音符侧附加倍率的设定值的特性例的图。
图5是表示FFT卷积部的实施方式的例子的框图。
图6是脉冲响应波形数据(第2音波形数据)的录制方法的说明图。
图7A～D是表示电子乐器的处理例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。本实施方式涉及对声学钢琴进行模拟的电子乐器。通过对声学钢琴的键被按键时的声音进行录音来制作波形数据(第1音波形数据)，而存储于钢琴声源部(集成电路)内的波形存储器。并且，当电子钢琴的键被按键时，从波形存储器读出与该被按键的键的音高对应的波形数据，由此生成钢琴音波形数据。
此外，在本实施方式中，为了模拟声学钢琴中的制音器踏板被踩下时产生的弦的共鸣音，而预先录制在将声学钢琴的制音器踏板踩下的同时使钢琴振动而获得的共鸣音的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)，并存储于电子乐器内的存储器。然后，执行对与键的按键相应的第1音波形数据和脉冲响应波形数据(第2音波形数据)进行卷积的卷积运算，生成共鸣音波形数据(第3音波形数据)。然后，以与制音器踏板的踩下量相应的比例，使第1音波形数据与共鸣音波形数据(第3音波形数据)混合，由此生成钢琴音波形数据。然后，输出所生成的钢琴音波形数据。
在踩下制音器踏板时录制的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)，是在全部的弦为释放状态、即全部的弦共鸣振动而发音的状态下录音的。因而，脉冲响应波形数据(第2音波形数据)具有与使全部的弦发音时为相同状态时的频率特性，还包含通过按键而发音的弦的倍音特性。因此，当通过键的按键而从波形存储器产生的第1音波形数据和具有上述频率特性的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)被卷积时，双方的波形数据所包含的与该按键对应的音高的波形数据成分彼此被强调，成为不自然的共鸣音。
因此，在本实施方式中，执行如下的滤波运算处理：使通过键的按键而从波形存储器产生的波形数据(第1音波形数据)所包含的频率成分，分别减少与该按键对应的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅而生成减少音波形数据。然后，通过将由该滤波运算处理生成的减少音波形数据和上述脉冲响应波形数据进行卷积的运算处理，来生成共鸣音波形数据(第3音波形数据)。由此，本实施方式能够生成自然的共鸣音。
并且，在本实施方式中，对于通过多个键的按键而从波形存储器分别产生的与一个以上的音高分别对应的第1音波形数据的每个，执行使第1音波形数据所包含的频率成分分别减少与第1音波形数据对应的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅的多个滤波运算处理。接着，执行将由滤波运算处理生成的减少音波形数据和与第1音波形数据不同的多个第2音波形数据中的任一个进行卷积的运算处理。例如，具备存储钢琴的键盘的高音域侧(以下称作“高音符侧”)的效果附加倍率数据以及低音域侧(以下称作“低音符侧”)的效果附加倍率数据的存储部，并执行：将乘以存储部所存储的高音符侧的效果附加倍率而得到的减少音波形数据与存在多个的第2音波形数据中的高音符侧的第2音波形数据进行卷积的第1卷积运算处理；以及，将乘以存储部所存储的低音符侧的效果附加倍率而得到的减少音波形数据与存在多个的第2音波形数据中的低音符侧的第2音波形数据进行卷积的第2卷积运算处理。最后，通过将各卷积运算处理的输出混合来生成共鸣音波形数据(第3音波形数据)。由此，在本实施方式中，不论对哪个键进行按键，都能够输出如在三角钢琴中在踩下制音器踏板的同时进行演奏时那样的自然的声音。在本实施方式中，基于高音侧效果附加倍率、以及低音侧效果附加倍率的附加倍率被确定，按照上述各附加倍率来区分所输入的第1音波形数据，在按照高音侧卷积处理与低音侧卷积处理而分别实施了卷积处理之后生成第3音波形数据，因此，不论对哪个键进行按键都能够输出自然的声音。
此外，在其他实施例中，也可以将上述减少音波形数据和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据中的任一个进行卷积，而生成第3音波形数据。即，在存在多个的键中的高音域侧的键被按键的情况下，执行将与高音域侧的脉冲响应相应的第2音波形数据和上述减少音波形数据进行卷积的处理，不执行将与低音域侧的脉冲响应相应的第2音波形数据和上述减少音波形数据进行卷积的处理。另一方面，在存在多个的键中的低音域侧的键被按键的情况下，执行将与低音域侧的脉冲响应相应的第2音波形数据和上述减少音波形数据进行卷积的处理，不执行将与高音域侧的脉冲响应相应的第2音波形数据和上述减少音波形数据进行卷积的处理。这样的实施例也可以。
图1是表示电子乐器100的实施方式的例子的框图。电子乐器100包括制音器效果音产生部101、钢琴声源部102、CPU(中央运算处理装置)103、能够随机存取的存储器104、乘法器105、106、加法器107、108、键盘部140、制音器踏板150、与开关部160连接的GPIO(General Purpose Input Output：通用输入输出接口)130、以及系统总线170。制音器效果音产生部101、钢琴声源部102、乘法器105、106、以及加法器107、108，例如可以通过DSP(数字信号处理器)的集成电路的单芯片或者多芯片来构成。
键盘部140是供演奏者进行钢琴演奏的键盘，例如包括88键的键。
通过演奏者踩下制音器踏板150，由此制音器踏板150产生对声学钢琴中的制音器踏板的举动进行模拟的效果。
开关部160除了包括电源开关、音量开关、音色选择开关等一般的开关类以外，还包括对制音器踏板效果附加量进行指定的开关、音律变更的开关、以及主调音变更的开关等。
GPIO130检测键盘部140中的各键的按键、离键的信息、制音器踏板150的接合(被踩下的状态)或者断开(未踩下的状态)的信息、以及开关部160的各开关的操作信息，并将这些信息经由系统总线170通知给CPU103。
CPU103根据存储器104中存储的控制程序，经由GPIO130执行演奏者进行的、来自键盘部140的按键、离键的信息的处理、制音器踏板150的接合/断开的信息的处理、基于开关部160的操作的电源接通(启动)的信息的处理、音量变更的信息的处理、音色选择的信息的处理、音律变更的处理、主调音变更的信息的处理、以及制音器踏板效果附加量指定的处理等。作为这些处理的结果，CPU103经由系统总线170对钢琴声源部102输出包含音符开信息、音符关信息、音色选择信息、音律变更信息、主调音变更信息等在内的演奏信息117。此外，与本实施方式相关联，在该演奏信息117中包含制音器踏板踩下信息118。该制音器踏板踩下信息118还被发送至制音器效果音产生部101。此外，CPU103将音量变更信息输出至未特别图示的模拟放大器。CPU103经由系统总线170向制音器效果音产生部101输出音调控制信号119、共鸣效果减少量设定信号120以及从存储器104读出的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121a、121b。进而，CPU103经由系统总线170向乘法器105、106输出制音器踏板效果附加量设定信号122。
存储器104除了存储用于使CPU103动作的控制程序以外，还暂时存储程序执行时的各种作业数据。此外，存储器104存储与高音符侧以及低音符侧分别对应的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121a、121b。
钢琴声源部102将对声学钢琴的键被按键时的声音进行录音而得到的波形数据存储于内部的未特别图示的波形存储器。钢琴声源部102根据来自CPU103的指示音符开的演奏信息117，确保分时的发音通道中的空闲(在无空闲的情况下使最早的任一个通道消音而得到)的1个通道，使用该发音通道，从内部的未特别图示的波形存储器以所指示的音高开始波形数据的读出。钢琴声源部102根据来自CPU103的指示音符关的演奏信息117，结束从波形存储器读出相对于所指定的音高进行发音中的发音通道的波形数据，而开放该发音通道。另外，在输入了表示制音器踏板接合(踩下)的制音器踏板踩下信息118时，即便输入指示音符关的演奏信息117，也不结束而持续进行波形数据从波形存储器的读出。
此处，钢琴声源部102对声学钢琴的键被按键时的声音以立体声进行录音，将作为其结果而获得的左通道的波形数据以及右通道的波形数据分别存储于波形存储器。并且，钢琴声源部102为，在输入了表示音符开的演奏信息117时，分别确保左通道用的发音通道和右通道用的发音通道，使用所确保的各发音通道，分别开始从波形存储器读出左通道波形数据以及右通道波形数据。钢琴声源部102为，在左通道以及右通道分别独立地对使用了与多个音符开指示对应的多个发音通道的多个波形数据的读出进行分时处理。钢琴声源部102为，将与左通道对应地进行读出处理中的与多个音符开对应的多个波形数据作为第1音波形数据(左ch)109而输出至加法器107，同样地，将与右通道对应地进行读出处理中的与多个音符开对应的多个波形数据作为第1音波形数据(右ch)110而输出至加法器108。此外，钢琴声源部102将与左通道对应地进行读出处理中的与多个音符开对应的多个波形数据输出至制音器效果音产生部101。同样地，钢琴声源部102将与右通道对应地进行读出处理中的与多个音符开对应的多个波形数据输出至制音器效果音产生部101。钢琴声源部102将与音符开对应地重新进行了分配的发音通道的音符编号的信息，作为发音通道信息123而输出至制音器效果音产生部101。
制音器效果音产生部101基于从钢琴声源部102输入的发音通道信息123，在从钢琴声源部102输入的与立体声的左通道相关的第1音波形数据(左ch)109中，按照被指定有相同音符编号的每个发音通道，执行例如每个键编号的88键量的如下的滤波运算处理：使该发音通道的波形数据所包含的频率成分，分别减少与在该发音通道中指定的音符编号对应的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，而生成减少音波形数据。制音器效果音产生部101按照钢琴的键盘的高音符侧以及低音符侧，执行两个如下的混合处理：以基于与各滤波运算处理对应的音高和高音符侧或者低音符侧之间的关系的比例，将与左通道相关的88键量的滤波运算处理的各输出进行混合。制音器效果音产生部101按照高音符侧以及低音符侧，执行两个如下的卷积运算处理：将通过分别对应的混合处理而输出的与左通道相关的波形数据、和从存储器104读入的按照高音符侧或者低音符侧录制的左通道用的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)进行卷积。最后，通过将各卷积运算处理的输出进行混合，由此将左通道用的第3音波形数据(左ch)113输出至乘法器105。制音器效果音产生部101对于从钢琴声源部102输入的与立体声的右通道相关的第1音波形数据(右ch)110也执行相同的处理，由此将右通道用的第3音波形数据(右ch)114输出至乘法器106。
此处，演奏者能够通过开关部160的开关操作来设定踩下制音器踏板150时的共鸣音的效果量，CPU103将该效果量作为制音器踏板效果附加量设定信号122而输出。基于该制音器踏板效果附加量设定信号122，乘法器105以及106分别对从制音器效果音产生部101输出的第3音波形数据(左ch)113以及第3音波形数据(右ch)114的各振幅进行控制，由此决定左通道以及右通道各自的共鸣音的比例。
加法器107通过将从钢琴声源部102输出的第1音波形数据(左ch)109与经由乘法器105从制音器效果音产生部101输出的第3音波形数据(左ch)113相加，由此输出附加了制音器踏板效果的左通道用的钢琴音波形数据(左ch)115。同样，加法器108通过将从钢琴声源部102输出的第1音波形数据(右ch)109与经由乘法器106从制音器效果音产生部101输出的第3音波形数据(右ch)114相加，由此输出附加了制音器踏板效果的右通道用的钢琴音波形数据(右ch)116。钢琴音波形数据(左ch)115以及钢琴音波形数据(右ch)116分别经由未特别图示的D/A(数字/模拟)转换器、模拟放大器以及扬声器，作为立体声钢琴开信号而放音。
图2是表示图1的制音器效果音产生部101的一个实施方式的框图。制音器效果音产生部101包括对左通道进行处理的制音器效果音产生部(左ch)201以及对右通道进行处理的制音器效果音产生部(右ch)202。制音器效果音产生部(左ch)201对从图1的钢琴声源部102输入的与左通道相关的第1音波形数据(左ch)109执行产生制音器效果音的处理，并将图1的第3音波形数据(左ch)113输出至乘法器105。同样，制音器效果音产生部(右ch)202对从图1的钢琴声源部102输入的与右通道相关的第1音波形数据(右ch)110执行产生制音器效果音的处理，并将图1的第3音波形数据(右ch)114输出至乘法器105。
制音器效果音产生部(左ch)201与制音器效果音产生部(右ch)202仅在输入以及输出为左通道用或右通道用这一点不同，除此以外具有相同的构成，因此在以下的说明中仅对制音器效果音产生部(左ch)201进行说明。制音器效果音产生部(左ch)201包括滤波运算部203、高音符侧卷积运算部204a以及低音符侧卷积运算部204b。
滤波运算部203包括：发音通道-梳状滤波器分配部205；与声学钢琴的键盘的88键的各音高对应的#0(A0)到#87(C8)的88个梳状滤波器206；将上述#0到#87的梳状滤波器206的各输出乘以高音符侧附加倍率的#0到#87的高音符侧乘法器219a；同样地将#0到#87的梳状滤波器206的各输出乘以低音符侧附加倍率的#0到#87的低音符侧乘法器219b；将#0到#87的高音符侧乘法器219a的各输出相加(混合)并将该相加结果作为高音符侧减少音波形数据218a输出的高音符侧加法器207a；以及，同样地将#0到#87的低音符侧乘法器219b的各输出相加(混合)并将该相加结果作为低音符侧减少音波形数据218b输出的低音符侧加法器207b。
发音通道-梳状滤波器分配部205为，基于从钢琴声源部102输入的发音通道信息123，在从图1的钢琴声源部102输入的第1音波形数据(左ch)109的按照音符开区分的#0到#N-1这N个发音通道的各波形数据中，将被指定相同音符编号的发音通道的波形数据分配并输入至#0～#87这88个梳状滤波器206中的与上述音符编号对应的梳状滤波器206。在该情况下，之前被分配到该梳状滤波器206的相同音符编号的发音通道的波形数据的分配被解除。这意味着，当在图1的键盘部140中相同键被持续按键的情况下，对于之前的按键的制音器效果的赋予被解除，对于之后的按键赋予制音器效果。
#0～#87这88个梳状滤波器206分别执行如下的滤波运算处理：使所输入的波形数据中包含的频率成分，分别减少与对该波形数据指定的音符编号对应的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，而生成按照音符编号区分的减少音波形数据并输出。
为了执行该滤波运算处理，如图2的#0的梳状滤波器206所示，梳状滤波器206包括：使所输入的波形数据延迟所指定的延迟长度(采样数)(以下将该延迟长度设为K)的延迟器(在图中表记为“Delay”)208；将延迟器208的输出乘以倍率α的乘法器209；以及加法器210，将乘法器209的输出与所输入的波形数据相加，并将该相加结果作为按照音符编号区分的减少音波形数据输出。此外，梳状滤波器206包括：寄存器Reg#1211，保持从图1的CPU103经由系统总线170指定的音调控制信号119，并向延迟器(Delay)208供给延迟长度K；以及寄存器Reg#2212，同样地保持从CPU103经由系统总线170指定的共鸣效果减少量设定信号120，并向乘法器209供给倍率α。并且，梳状滤波器206包括分别保持对高音符侧乘法器219a以及低音符侧乘法器219b分别赋予的高音符侧附加倍率以及低音符侧附加倍率的寄存器Reg#3221以及寄存器Reg#4222。
根据上述构成，梳状滤波器206形成前馈型梳状滤波器。此时，在梳状滤波器206中，当将输入设为x[n]、输出(音符编号减少音波形数据218)设为y[n]时，在梳状滤波器206中，下述数式1的公式成立。
【数式1】
y[n]＝x[n]+αx[n-K]
根据数式1的公式，梳状滤波器206的传递函数如下述数式2的公式那样定义。
【数式2】
Y(z)＝(1+αz-K)X(z)
为了获得由Z区域表示的离散时间系统的频率响应，通过置换为(e为指数、j为复数单位、ω为角频率)，由此数式2的公式的传递函数被表示为下述数式3的公式那样。
【数式3】
当使用欧拉公式时，数式3的公式被变换为下述的数式4的公式那样。
【数式4】
H(ejω)＝{1+αcos(ωK)}-jαsin(ωK)
因而，梳状滤波器206的频率振幅特性从数式4的公式成为下述数式5的公式那样。
【数式5】
在上述数式5的公式中，(1+α2)的项为常数，2αcos(ωK)的项为周期函数。因而，如图3所示，梳状滤波器206的频率特性为周期性地具有零点的特性。此处，如果将延迟长度K设定为与对该梳状滤波器206的键编号(#0到#87的任一个)分配的音高的周期对应的采样长度，则图3的梳状滤波器206的频率特性中的各零点的频率与上述音高的基音以及其倍音各自的频率对应。因而，该梳状滤波器206执行如下的滤波运算处理：使所输入的波形数据所包含的频率成分，分别减少与对该波形数据指定的音符编号对应的音高的基音以及倍音各自的频率成分的振幅。其结果，从梳状滤波器206输出的按照音符编号区分的减少音波形数据，具有分别减少了对该梳状滤波器206的键编号(#0到#87的任一个)分配的音高的基音以及倍音各自的频率成分的振幅的频率特性。
如上所述，对梳状滤波器206的延迟器(Delay)208设定的延迟长度K，与对该梳状滤波器206的键编号(#0到#87的任一个)分配的音高对应，但是如上述那样，该音高的信息能够从图1的CPU103经由系统总线170作为音调控制信号119而预先赋予。通过与键编号对应的键的音高频率、由演奏者指定的音律设定、以及同样由演奏者指定的主调音设定，来决定音高。如后述那样(参照图7C的说明)，CPU103在图1的电子乐器100的启动时、在演奏者变更了音律时或者演奏者变更了主调音时的任一个定时，对与各梳状滤波器206对应的音高的信息进行重新计算，并作为音调控制信号119设定于各梳状滤波器206的寄存器Reg#1211。
此外，通过变更对乘法器209设定的倍率α，由此能够根据上述的数式5的公式来变更图3的频率特性中的各零点的深度。使对键编号分配的音高的基音以及倍音各自的频率成分的振幅分别减少何种程度即可，根据键编号而不同。因此，CPU103按照各梳状滤波器206的每个，将与对该梳状滤波器206分配的键编号相应的倍率α作为共鸣效果减少量设定信号120，从系统总线170设定于该梳状滤波器206的寄存器Reg#2 212。
#0到#87的梳状滤波器206，对于由发音通道-梳状滤波器分配部205分配的、从钢琴声源部102输入的第1音波形数据(左ch)109中的被指定有与#0到#87的各键编号的音高对应的各音符编号的各波形数据，分别使该波形数据所包含的频率成分分别减少与在该波形数据中指定的音符编号对应的音高的基音以及倍音各自的频率成分的振幅，而生成按照音符编号区分的减少音波形数据并输出。
#0到#87的高音符侧乘法器219a，分别对从#0到#87的各梳状滤波器206输出的各按照音符编号区分的减少音波形数据乘以从各梳状滤波器206内的寄存器Reg#3 221赋予的高音符侧附加倍率，并输出至高音符侧加法器207a。同样，#0到#87的低音符侧乘法器219b，分别对从#0到#87的各梳状滤波器206输出的各按照音符编号区分的减少音波形数据乘以从各梳状滤波器206内的寄存器Reg#4 222赋予的低音符侧附加倍率，并输出至低音符侧加法器207b。在该情况下，按照与#0到#87的各梳状滤波器206建立对应的每个键编号，基于图4所示那样的特性例来决定对#0到#87的各梳状滤波器206的寄存器Reg#3 221设定的高音符侧附加倍率的设定值。键编号越小，则高音符侧附加倍率的设定值被决定为越小的值，反之，低音符侧附加倍率的设定值被决定为越大的值。键编号越大，则高音符侧附加倍率的设定值被决定为越大的值，反之，低音符侧附加倍率的设定值被决定为越小的值。
高音符侧加法器207a将#0到#87的高音符侧乘法器219a的各输出相加(混合)，并将其相加结果作为高音符侧减少音波形数据218a输出至高音符侧卷积运算部204a。同样，低音符侧加法器207b将#0到#87的低音符侧乘法器219b的各输出相加(混合)，并将其相加结果作为低音符侧减少音波形数据218b输出至低音符侧卷积运算部204b。
在图2中，高音符侧卷积运算部204a在演奏者踩下图1的制音器踏板150的定时，对从滤波运算部203内的高音符侧加法器207a输出的高音符侧减少音波形数据218a，执行将从存储器104读入的左通道用的高音符侧的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121a进行卷积的运算处理。同样，低音符侧卷积运算部204b在演奏者踩下图1的制音器踏板150的定时，对从滤波运算部203内的低音符侧加法器207b输出的低音符侧减少音波形数据218b，执行将从存储器104读入的左通道用的低音符侧的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121b进行卷积的运算处理。加法器220将高音符侧卷积运算部204a以及低音符侧卷积运算部204b的各输出波形数据相加(混合)，由此生成第3音波形数据(左ch)113。
为了实现以上的处理，高音符侧卷积运算部204a包括FFT(First FourierTransform：高速傅立叶变换)卷积部213a、设置于FFT卷积部213a的输入侧的乘法器214a、设置于相同的FFT卷积部213a的输出侧的乘法器215a、以及产生乘法器214a、215a的各倍率变化信息的包络发生器(EG)216a、217a。同样，低音符侧卷积运算部204b包括FFT卷积部213b、设置于FFT卷积部213b的输入侧的乘法器214b、设置于相同的FFT卷积部213b的输出侧的乘法器215b、以及产生乘法器214b、215b的各倍率变化信息的EG216b、217b。FFT卷积部213a与213b、乘法器214a与214b、215a与215b、EG216a与216b、217a与217b，分别仅在处理的数据为左通道用或者右通道用的方面不同，除此以外的构成相同。
FFT卷积部213a将与对声学钢琴中的制音器踏板踩下时的高音符侧的弦振动、体特性进行采集而得到的脉冲响应相对应的脉冲响应的数据，预先存储于内部的寄存器。同样，FFT卷积部213b将与对声学钢琴中的制音器踏板踩下时的低音符侧的弦振动、体特性进行采集而得到的脉冲响应相对应的脉冲响应的数据，预先存储于内部的寄存器。并且，FFT卷积部213a通过利用从滤波运算部203内的高音符侧加法器207a输出的高音符侧减少音波形数据218a、以及高音符侧的脉冲响应的数据来执行卷积运算处理，由此输出高音符侧的共鸣音的波形数据。同样，FFT卷积部213b通过利用从滤波运算部203内的低音符侧加法器207b输出的低音符侧减少音波形数据218b、以及低音符侧的脉冲响应的数据来执行卷积运算处理，由此输出低音符侧的共鸣音的波形数据。
此处，高音符侧卷积运算部204a为了在演奏者踩下图1的制音器踏板150时进行动作，而通过FFT卷积部213a前后的乘法器214a、215a以及对它们的乘法倍率进行控制的EG216a、217a，对FFT卷积部213a前后的体积进行操作。同样，低音符侧卷积运算部204b为了在演奏者踩下制音器踏板150时进行动作，而通过FFT卷积部213b前后的乘法器214b、215b与对它们的乘法倍率进行控制的EG216b、217b，对FFT卷积部213b前后的音量进行操作。当演奏者踩下制音器踏板150时，CPU103使表示制音器踏板接合的制音器踏板踩下信息118经由系统总线170输入至EG216a、217a、以及216b、217b。反之，当演奏者停止制音器踏板150的踩下时，CPU103使表示制音器踏板断开的制音器踏板踩下信息118经由系统总线170输入至EG216a、217a、以及216b、217b。EG216a、217a、以及216b、217b根据制音器踏板踩下信息118，生成制音器踏板接合的包络值或者制音器踏板断开的包络值，并分别赋予乘法器214a、215a、以及214b、215b。其结果，通过乘法器214a、215a、以及214b、215b对制音器踏板的接合时或者断开时的制音器踏板效果量进行控制。此处，声学钢琴中的弦振动的共鸣的脉冲长度比较长(几十秒等)，因此，如果仅是FFT卷积部213a以及FFT卷积部213b的输出侧的乘法器215a以及215b，则残留于FFT卷积部213a或者FFT卷积部213b的声音有可能再次被输出。为了防止该情况，在FFT卷积部213a以及FFT卷积部213b的输入侧也设置乘法器214a以及214b，对制音器踏板效果量进行控制。
图5是表示图3的FFT卷积部213a或者213b的实施方式的例子的框图。FFT卷积部213a或者213b包括FFT运算部501、脉冲响应波形数据寄存器502、延迟部503、复数乘法器504、复数累加器505以及逆FFT运算部506。
FFT运算部501对所输入的高音符侧减少音波形数据218a或者低音符侧减少音波形数据218b执行FFT运算。
脉冲响应波形数据寄存器502存储由图1的CPU103从存储器104经由系统总线170发送来的脉冲响应的复数的频率波形数据121a或者121b。
延迟部503使FFT运算部501输出的复数的频率波形数据以分析帧单位或者其一半的单位偏移并且存储。
复数乘法器504根据下述数式6的公式，按照每个频率将延迟部503所存储的频率波形数据与脉冲响应波形数据寄存器502所存储的脉冲响应的频率波形数据进行复数相乘。
【数式6】
out.r＝in1.r×in2.r-in1.i×in2.i
out.i＝in1.i×in2.r+in1.r×in2.i
复数累加器505对复数乘法器504的相乘结果进行复数累加。
然后，逆FFT运算部506对复数累加器505的输出执行逆FFT运算而生成共鸣音波形数据507，并输出至图2的乘法器215a或者215b。
图6是脉冲响应波形数据(第2音波形数据)的录制方法的说明图。对声学钢琴主体进行激励的高音符侧用的致动器以及低音符侧用的致动器设置于对声学钢琴的弦进行保持的框的高音符侧以及低音符侧，通过使这些致动器分别独立地动作，由此分别独立地产生高音符侧用以及低音符侧用的各TSP(Time Streched Pulse：时间扩展脉冲)信号(图6的S601a、S601b)。
根据在制音器踏板被踩下的同时分别独立地产生的高音符侧用以及低音符侧用的TSP信号而从声学钢琴主体发出的声音，通过两个立体声麦克风分别独立地录制为高音符侧用以及低音符侧用(图6的S602)。另外，还可以考虑使致动器产生脉冲信号而对其脉冲响应直接录音的方法，但是在该情况下，过大地需要麦克风增益、致动器的最大驱动能力，在S/N(信噪比)方面也较困难，因此使用TSP信号。TSP是使脉冲按照各频率不同错开相位而生成的扫描波形状的信号。TSP能够使一定程度时间的驱动时间分散，因此对于解决上述问题较为有效。此外，为了驱动钢琴也可以不使用致动器而使用脉冲锤。并且，对所发出的声音进行录音的麦克风的数量、位置也可以在图6所示的部位以外，也可以使用在共鸣板的上或者下的多个部位进行录音并混合而得到的TSP信号。
对所录音的TSP信号进行错开后的相位被相反地错开，由此能够获得图6中的A所示那样的时域的脉冲响应信号(图6的S603)。该脉冲响应信号按照高音符侧用以及低音符侧用而分别独立地取得。
按照高音符侧用以及低音符侧用而分别独立地对所获得的时域的各脉冲响应信号分别执行FFT运算(图6的S604)，由此获得频域的复数信号、即高音符侧的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121a以及低音符侧的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121b，并存储于图1的存储器104(图6的S605)。
图7是表示与制音器效果音的产生相关的图1的电子乐器100的处理例的流程图。该处理是图1的CPU103执行存储器104所存储的控制程序的动作。
图7A是表示在图1的制音器踏板150被演奏者踩下时执行的制音器踏板接合的中断处理的例子的流程图。当产生该中断时，CPU103使表示制音器踏板接合的制音器踏板踩下信息118，经由系统总线170输入至制音器效果音产生部101(参照图1)内的制音器效果音产生部(左ch)201以及制音器效果音产生部(右ch)202内的卷积运算部204内的EG216、217(参照图2)(图7的步骤S700)。之后，CPU103从该中断恢复。由此，EG216、217分别根据对制音器踏板接合进行指示的制音器踏板踩下信息118，生成各包络值并赋予乘法器214、215。
图7B是表示在由演奏者解除了图1的制音器踏板150的踩下时执行的制音器踏板断开的中断处理的例子的流程图。当产生该中断时，CPU103使表示制音器踏板断开的制音器踏板踩下信息118，经由系统总线170输入至制音器效果音产生部101(参照图1)内的制音器效果音产生部(左ch)201以及制音器效果音产生部(右ch)202内的卷积运算部204内的EG216、217(参照图2)(图7的步骤S710)。之后，CPU103从该中断恢复。由此，EG216、217分别根据对制音器踏板断开进行指示的制音器踏板踩下信息118，生成各包络值并赋予乘法器214、215。
图7C是表示基于演奏者对开关部160的操作的、图1的电子乐器100的启动时、音律变更时或者主调音变更时的中断处理的例子的流程图。当产生上述任一个中断时，CPU103根据各键编号以及变更后的音律或者主调音，对与#0到#87的各键编号对应的音高进行重新计算，并根据该重新计算出的音高，对与图2的#0到#87的各键编号对应的梳状滤波器206的延迟器(Delay)208的延迟长度K进行重新计算(图7的步骤S720)。另外，变更后的音律信息以及主调音信息被存储于未特别图示的非易失性存储器，在产生了基于电子乐器100的启动的中断的情况下，上述非易失性存储器所存储的音律信息以及主调音信息被用于上述的重新计算。
CPU103将按照各梳状滤波器206的每个重新计算出的延迟长度K，作为音调控制信号119从系统总线170设定于制音器效果音产生部101(参照图1)内的制音器效果音产生部(左ch)201以及制音器效果音产生部(右ch)202内的各梳状滤波器206内的寄存器Reg#1211(图7的步骤S721)。
此外，在产生了基于电子乐器100的启动的中断时，CPU103例如从未特别图示的ROM(只读存储器)读出与图2的#0到#87的各键编号对应的梳状滤波器206的乘法器209的倍率α，将其作为共鸣效果减少量设定信号120，从系统总线170设定于制音器效果音产生部101(参照图1)内的制音器效果音产生部(左ch)201以及制音器效果音产生部(右ch)202内的各梳状滤波器206内的寄存器Reg#2 212(参照图2)(图7的步骤S722)。之后，CPU103从该中断恢复。
图7D是表示基于演奏者对开关部160的操作的、制音器踏板效果附加量变更时的中断处理的例子的流程图。当产生该中断时，CPU103将设定了变更后的附加量的制音器踏板效果附加量设定信号122从系统总线170设定于乘法器105、106(参照图1)。之后，CPU103从该中断恢复。由此，在图1中，在加法器107、108中，与钢琴音波形数据(左ch)115以及钢琴音波形数据(右ch)116分别相加的、来自制音器效果音产生部101的制音器踏板效果的共鸣音即第3音波形数据(左ch)113以及第3音波形数据(右ch)114的附加量被变更。
根据以上说明的各实施方式，通过对从声学钢琴直接采集的共鸣音的特性应用了卷积的方法来产生制音器效果音并进行相加，由此，能够得到更自然、真实、优美的钢琴制音器音、以及钢琴音。
在以上说明的实施方式中，卷积运算处理被分为高音符侧以及低音符侧这2种来执行，但也可以分割成更多种类来执行。在该情况下，预先存储于存储器104的脉冲响应波形数据(第2音波形数据)121，也可以存储与所分割的种类相应的多个种类并进行选择。
在以上说明的实施方式中，为2通道立体声的乐音，但也可以不是立体声输出，或者也可以是3通道以上的立体声输出。
在以上说明的实施方式中，梳状滤波器206准备有与通常的声学钢琴弦的根数对应的#0到#87的88键量，但是在低音弦等的延迟量变长的情况下，也可以采用使延迟器(Delay)208的延迟长度K成为与键编号对应的音高的周期的一半的构成，或者使一部分与其他弦共用的构成。
在以上说明的实施方式中，作为卷积运算部204所执行的卷积处理的例子而使用了FFT运算，但是也可以不使用FFT，而在时域的波形数据中直接执行基于乘法累加的卷积处理。

Claims (11)

1.一种乐音生成装置，包括：
多个键，该多个键分别与音高信息建立对应；以及
至少一个处理器，
上述至少一个处理器执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的上述音高信息相应的第1音波形数据中包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据中的至少任一个进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
2.如权利要求1所述的乐音生成装置，其中，
上述第1音波形数据是至少包含通过不踩下键盘乐器的制音器踏板的情况下的按键，由此被敲击的弦振动而获得的声音的音波形数据，
上述多个第2音波形数据是通过在踩下键盘乐器的制音器踏板的同时使上述键盘乐器的高音域侧以及低音域侧的任意一方振动，由此上述键盘乐器所包含的多个弦振动而获得的共鸣音的脉冲响应波形数据。
3.如权利要求1所述的乐音生成装置，其中，
上述至少一个处理器执行以下处理：
上述卷积运算处理为，在低音域侧的键被按键的情况下，对上述减少音波形数据和与上述低音域侧的脉冲响应相应的上述第2音波形数据进行卷积，在高音域侧的键被按键的情况下，对上述减少音波形数据和与上述高音域侧的脉冲响应相应的上述第2音波形数据进行卷积。
4.如权利要求1所述的乐音生成装置，其中，
上述至少一个处理器为，在上述减少音波形数据生成处理中，通过梳状滤波器来确定上述基音和倍音各自的频率成分。
5.如权利要求1所述的乐音生成装置，其中，
上述至少一个处理器为，在上述减少音波形数据生成处理中，通过对上述第1音波形数据执行与所指定的键相应的延迟处理，由此生成上述减少音波形数据。
6.如权利要求1所述的乐音生成装置，其中，
上述至少一个处理器为，在制音器踏板被踩下时，执行上述减少音波形数据生成处理、上述卷积运算处理以及输出处理。
7.一种乐音生成装置，包括：
多个键，该多个键分别与音高信息建立对应；以及
至少一个处理器，
上述至少一个处理器执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的上述音高信息相应的第1音波形数据所包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据分别进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
8.如权利要求7所述的乐音生成装置，其中，
上述至少一个处理器执行以下处理：
在上述减少音波形数据生成处理中，通过对分别减少了上述基音和倍音各自的频率成分的振幅的音波形数据乘以高音域侧的效果附加倍率而生成第1减少音波形数据的处理；以及对分别减少了上述基音和倍音各自的频率成分的振幅的上述音波形数据乘以低音域侧的效果附加倍率而生成第2减少音波形数据的处理，
在上述卷积运算处理中，对上述第1减少音波形数据与高音域侧的上述第2音波形数据进行卷积，对上述第2减少音波形数据与低音域侧的上述第2音波形数据进行卷积，根据上述卷积后的各个音波形数据生成上述第3音波形数据。
9.一种电子乐器，包括：
多个键，该多个键分别与音高信息建立对应；
制音器踏板；以及
至少一个处理器，
上述至少一个处理器执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的上述音高信息相应的第1音波形数据中包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据中的至少任一个进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
10.一种乐音生成方法，使电子乐器的计算机执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的音高信息相应的第1音波形数据中包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据中的至少任一个进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
11.一种存储介质，存储有程序，该程序使电子乐器的计算机执行以下处理：
减少音波形数据生成处理，使和与所指定的键建立对应的音高信息相应的第1音波形数据中包含的频率成分，分别减少上述音高信息中的音高的基音和倍音各自的频率成分的振幅，生成减少音波形数据；
卷积运算处理，对通过上述减少音波形数据生成处理而生成的上述减少音波形数据、和与高音域侧的脉冲响应以及低音域侧的脉冲响应分别相应的多个第2音波形数据中的至少任一个进行卷积，生成第3音波形数据；以及
输出处理，输出基于通过上述卷积运算处理而生成的上述第3音波形数据生成的钢琴音波形数据。
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