CN115841807A - 乐音信号产生装置、乐音信号产生方法和存储介质 - Google Patents

乐音信号产生装置、乐音信号产生方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

使用全通滤波器进行良好处理的乐音信号产生装置、方法和存储介质。设定产生对应于指定音高的延迟的第1延迟器，将其前级的延迟器设定为第0延迟器，将其后级的延迟器设定为第2延迟器，使至少三个小数部延迟块分别与第1、第0和第2延迟器连接，在根据指定音高的变化而将第0和第2延迟器中的某一方设新的第1延迟器，并且将新的第1延迟器的前级的延迟器设定为新的第0延迟器，将新的第1延迟器的后级的延迟器设定为新的第2延迟器的情况下，使第0和第2延迟器中的某一方继续与小数部延迟块连接，并且将新的第0和新的第2延迟器中的至少某一方，改为与除了连接于新的第1延迟器的小数部延迟块以外的小数部延迟块中的至少某一方连接。

Description

乐音信号产生装置、乐音信号产生方法和存储介质
相关申请的引用
本申请要求以2021年9月21日申请的日本专利申请第2021-153006号，以及2022年6月17日申请的日本专利申请第2022-98190号为基础的优先权，本申请引用该基础申请的全部内容。
技术领域
本公开涉及乐音信号产生装置、乐音信号产生方法和存储介质。
背景技术
构成波导建模(wave guide modeling)音源的延迟器的数量是整数，并且是离散的。因此，为了决定严格的频率，需要实现比相当于延迟器的数量的整数更细致的小数的延迟长度的技术。
作为在宽的频带中连续地实现小数的延迟长度的现有技术，例如在日本特开平6-348277号公报中，已知在延迟器最终级的前面插入全通滤波器的技术。在该技术中，实现了下述乐音信号合成装置，该乐音信号合成装置包括：第1全通滤波器APF1；第2全通滤波器APF2；可变连接单元，将第1以及第2全通滤波器与选择了延迟元件的不同级连接；控制单元，在第1以及第2全通滤波器的输出中，控制全通滤波器以及可变连接单元，使得延迟时间相等；以及加权相加单元，对第1以及第2全通滤波器的输出进行加权相加。在该现有技术中，通过使用全通滤波器，能够防止高频带中的振幅的降低。此外，在该现有技术中，通过两个全通滤波器的加权相加生成小数的延迟长度，由此，在如弯音(pitch bend)时等那样音高频率随时间变化、随着时间经过而切换波导建模音源中的整数的延迟长度那样的时候，要抑制全通滤波器的系数在0.0与1.0之间不连续地过渡而引起的噪声的产生。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述的现有技术中，需要使两个全通滤波器始终以延迟时间相等的方式动作，并且对两个全通滤波器的输出进行加权相加。因此，在两个全通滤波器运算中始终执行将滤波器系数各乘以两次的运算，并且还需要加权相加中的乘法运算，每一个样本总计需要至少6次乘法运算。这样，在使用乘法运算次数多的波导建模音源的技术，例如同时发出256复音(polyphonic)的乐音的情况(例如钢琴的建模音源的情况)下，每一个样本总计需要例如至少6次×256复音＝1，536次的乘法运算，存在整体上用于乐音生成的运算量变多的课题。
因此，本公开的优点之一在于以较少的运算量生成乐音。
解决问题的手段
实施方式的一例的乐音信号产生装置具备：延迟线，具备多个延迟器，所述多个延迟器级联连接，分别使所输入的信号以第1延迟长度延迟；至少三个小数部延迟块，分别通过与所述多个延迟器中的某一个延迟器对应地连接，使所输入的信号以长度为所述第1延迟长度以下的第2延迟长度延迟；以及至少一个处理器，将所述多个延迟器中的任意一个设定为产生对应于指定音高的延迟的第1延迟器，将所述多个延迟器中的所述第1延迟器的前级的延迟器设定为第0延迟器，将所述多个延迟器中的所述第1延迟器的后级的延迟器设定为第2延迟器，所述至少一个处理器，使所述至少三个小数部延迟块分别与所述第1延迟器、所述第0延迟器和所述第2延迟器连接，在根据所述指定音高的变化而将所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方设定为新的第1延迟器，并且将所述新的第1延迟器的前级的延迟器设定为新的第0延迟器，将所述新的第1延迟器的后级的延迟器设定为新的第2延迟器的情况下，使所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方继续与所述小数部延迟块连接，并且将所述新的第0延迟器和所述新的第2延迟器中的至少某一方，改为与除了连接于所述新的第1延迟器的所述小数部延迟块以外的所述小数部延迟块中的至少某一方连接。
发明的效果
根据本公开，能够以少的运算量生成乐音。
附图说明
图1是表示本公开的乐音信号产生装置的实施方式的硬件例的框图。
图2是表示DSP或波导模型电路实现的功能例的框图。
图3是表示波导模型运算部的块结构例的图。
图4是表示三组APF向延迟线(delay line)的一个连接例的图。
图5是实施方式中的运算负荷的削减效果的说明图。
图6是表示延迟长度的整数部即延迟器数k增加时的三组APF向延迟线的连接的变化的图。
图7是滤波器系数的连续控制方法的说明图。
图8是表示延迟长度的整数部即延迟器数k减少时的三组APF向延迟线的连接的变化的图。
图9是表示弯音控制处理的例子的流程图(其1)。
图10是表示弯音控制处理的例子的流程图(其2)。
图11是表示波导模型运算部的其他实施方式的图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明用于实施本公开的方式。电子设备具备乐音信号产生装置100、未图示的演奏操作件、以及扬声器。如果电子设备是电子钢琴等的键盘，则演奏操作件相当于键盘，如果电子设备是电子管乐器，则演奏操作件相当于吹口。图1是表示本公开的乐音信号产生装置100的实施方式的硬件例的框图。乐音信号产生装置100具备至少一个作为处理器的CPU(central processing unit：中央运算处理装置)101、ROM(只读存储器)102、RAM(随机存取存储器)103、DSP(数字信号处理器)或波导模型电路104、弯音传感器110和与其输出连接的ADC(模拟数字转换器)106、音量传感器109和对其进行检测的ADC或数字输入端口105、音高指定开关111和与其输出连接的数字输入端口107、DAC(数字模拟转换器)/放大器108以及系统总线112。CPU101、ROM102、RAM103、DSP或波导模型电路104、ADC106、ADC或数字输入端口105、数字输入端口107、DAC/放大器108分别通过系统总线112相互连接。在此，音量传感器109和音高指定开关111可以是同一部件。例如，如果乐音信号产生装置100是电子钢琴，则对已弹奏键盘的情况进行感测的开关既是音高传感器，也是音量传感器。
在本实施例中，作为通过软件实现本公开的实施方式，说明使用CPU101、DSP104的例子。然而，CPU101可以起到DSP104的作用。另外，DSP104的功能也可以由硬件的波导模型电路104实现。图2是表示DSP或波导模型电路104实现的功能例的框图。
作为控制电路的波导模型控制部201接收从图1的音高指定开关111输入的音高信息203(例如，如果是电子钢琴则为键盘的音符编号)、以及从图1的弯音传感器110送来的弯曲(bend)信息(音高(pitch)变化量)204作为输入信号，计算与应发音的频率f对应的波导模型的延迟长度，并计算延迟长度的整数部即延迟器数k和确定延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000041
的全通滤波器(小数部延迟块)的滤波器系数g，将计算出的延迟器数k和滤波器系数g输出到波导模型运算部202。
这里，在延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000042
和全通滤波器的滤波器系数g之间，已知如下关系：
Figure BDA0003844323950000043
此外，波导模型控制部201根据从图1的音量传感器109输入的音量信息205计算激励原音206的音量207。然后，由乘法器208将激励原音206乘以该音量207。这里，激励原音206是在波导建模中成为引起共鸣的源的信号，是预先录音并保存在例如图1的ROM102中，在系统启动时从ROM102复制到RAM103，在发音控制开始时从RAM103读出的信号，或通过运算合成的信号。
波导模型运算部202将延迟长度(延迟器数k及滤波器系数g)及乘以音量207后的激励原音206作为输入信号x(n)接收，进行图3中后述的运算，输出乐音信号209。乐音信号209被输入到图1的DAC/放大器108，经由电子设备(电子乐器)的扬声器等放音。
图3是表示图2的波导模型运算部202的框结构例的图。在图3中，延迟线301具备级联(纵属)连接的#0～#N-1的N个(多个)延迟器302。延迟器302使输入的信号延迟一个采样时间后输出。图3的各延迟器302内的记号z-1表示执行z变换中的一个样本量的延迟运算。向该延迟线301的开头的延迟器302(#0)输入如下信号，该信号是通过加法器311将基于激励原音206生成的输入信号x(n)(参照图2)与通过乘法器304对反馈信号303乘以规定的增益所得的信号相加而得到的信号。延迟线301中的各延迟器302的输出能够从延迟线开关端子d1～dN取出。
此外，在本实施方式中，波导模型运算部202具备#0、#1及#2这三个全通滤波器电路(以下记载为“APF”)305。该APF305通过与延迟线301中的某个延迟器302的两端连接而作为全通滤波器进行动作。APF305具备：乘法器306，对连接的延迟器302的输入侧的信号乘以前馈增益g(g0、g1或g2)；加法器309，将连接的延迟器302的输出侧的信号、乘法器306的输出信号和后述的乘法器308的输出信号相加，将该相加输出信号选择性地输出到开关310；反馈延迟器307，将上述相加输出信号延迟一个采样时间；以及乘法器308，将反馈延迟器307的输出信号乘以反馈增益-g(-g0、-g1或-g2)，将该乘法输出信号输出到前述的加法器309。
APF305(#0)的连接端子i00和i01、APF305(#1)的连接端子i10和i11、以及APF305(#2)的连接端子i20和i21的各组分别连接到延迟线301的同一延迟器302的两端的延迟线开关端子。
此外，APF305(#0)、APF305(#1)以及APF305(#2)分别有前馈增益和反馈增益g0和-g0、g1和-g1、以及g2和-g2，并且在下文中，前馈增益和反馈增益被统称为全通滤波器的滤波器系数。
APF305(#0)、APF305(#1)以及APF305(#2)必须与延迟线301中的相邻的延迟器302连接，但其顺序通过后述的弯音控制处理被控制成以轮环(annular ring)的顺序替换。
APF305(#0)、APF305(#1)或APF305(#2)的各输出目的地与开关310的各输出选择端子o0、o1或o2连接，其中的一个被选择为输出信号y(n)而输出乐音信号209。另外，由乘法器304将输出信号y(n)乘以输出反馈增益，由加法器311将其乘法运算结果与输入信号x(n)相加。
图4是表示具有图3结构的图2的波导模型运算部202中的#0、#1以及#2这三组APF305向延迟线301的一个连接例的图。如上所述，图2的波导模型控制部201例如基于从电子乐器的演奏操作件即图1的音高指定开关111输入的音高信息203，计算与应发音的频率f对应的波导模型的延迟长度，然后，将该延迟长度的整数部即延迟器数k指定给波导模型运算部202。另外，图2的波导模型控制部201通过前述的(1)式所示的运算计算确定延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000061
的APF305的滤波器系数g，并指定给波导模型运算部202。
其结果，在图4的波导模型运算部202中，APF305(#1)的连接端子i10和i11分别与作为第1延迟器的延迟线301内的延迟器302(#k)两端的延迟线开关端子dk和dk+1连接，该第1延迟器产生与由波导模型控制部201指定的指定音高对应的延迟长度的整数部的延迟。
并且，APF305(#0)的连接端子i00和i01分别连接延迟线301内的、作为第1延迟器的延迟器302(#k)的前一级的作为第0延迟器的延迟器302(#k-1)的两端的延迟线开关端子dk-1和dk。
而且，APF305(#2)的连接端子i20和i21分别连接延迟线301内的、作为第1延迟器的延迟器302(#k)的后一级的作为第2延迟器的延迟器302(#k+1)的两端的延迟线开关端子dk+1和dk+2。
另一方面，对于APF305(#1)的乘法器306(#1)及308(#1)，分别设定滤波器系数g的前馈增益g和反馈增益-g，该滤波器系数g是由图2的波导模型控制部201对应于与指定音高对应的延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000062
而通过由(1)式所示的运算计算出的。
此外，对于APF305(#0)的乘法器306(#0)和308(#0)，共同设定使小数部的值1产生延迟的值0作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
而且，对于APF305(#2)的乘法器306(#2)和308(#2)，分别设定使小数部的值0产生延迟的值1和-1作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
并且，开关310使输出选择端子o1导通。结果，APF305(#1)的输出信号经由开关310被选择作为输出信号y(n)，输出乐音信号209。另外，输出信号y(n)由乘法器304乘以输出反馈增益，并由加法器311与输入信号x(n)相加。
以上控制动作的结果是，作为乐音信号209，通过延迟线301内的#0～#k-1的延迟器302产生与指定音高对应的延迟长度的整数部k，通过基于由(1)式所示的运算计算出的滤波器系数g而动作的APF305(#1)产生上述延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000071
。
在这种情况下，由于由延迟线301和APF305(#1)构成的电路的频率特性是平坦的，因此可以防止高频带中的振幅的降低。
图5是本实施方式中的运算负荷的削减效果的说明图。如上所述，对于APF305(#0)的乘法器306(#0)和308(#0)都设定有使小数部的值1产生延迟的值0，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。因此，乘法器306(#0)和308(#0)实质上不需要执行大负荷的乘法运算，并且图4中的APF305(#0)是图5所示的等效电路。即，在APF305(#0)中，只要执行将来自延迟线301内的延迟器302(#k-1)的经由延迟线开关端子dk的输出原样输出到开关310的输出选择端子o0的运算即可。
另一方面，如上所述，对于APF305(#2)的乘法器306(#2)和308(#2)，分别设定使小数部的值0产生延迟的值1和值-1作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。因此，乘法器306(#2)和308(#2)实质上不需要执行大负荷的乘法运算，并且图4中的APF305(#2)是图5所示的等效电路。即，在APF305(#2)中，可以执行如下运算：将来自延迟线301内的延迟器302(#k)的经由延迟线开关端子dk+1的输出直接输入到加法器309(#2)，将反馈延迟器307(#2)的输出通过乘法器308(#2)改变符号并输入到加法器309(#2)。
如上所述，在本实施方式中，乘法运算实质上仅在APF305(#1)中是必需的，而在APF305(#0)和APF305(#2)中不需要乘法运算。因此，相对于使用两个全通滤波器的日本特开平6-348277号公报的技术，特别是在复音数多的波导建模的乐音生成中，能够大幅度地削减运算负荷。
接下来，说明在演奏者通过操作乐器的弯音传感器110(图1)而变更了正在发出的演奏音的音高(pitch)的情况下的弯音控制处理的原理。
在图2中，波导模型控制部201基于依次输入的弯曲信息204依次计算新的指定音高的延迟长度，将该延迟长度的整数部即延迟器数k和对应于小数部
Figure BDA0003844323950000072
通过由(1)式所示的运算计算的滤波器系数g，依次输出到波导模型运算部202。
这里，如果延迟器数k的值没有变化，则仅滤波器系数g变化。这意味着乐音信号209的波长的变化收敛在一个采样时间内。例如，在通过演奏者调低音高的弯音操作而使与新的指定音高对应的延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000081
依次增加的情况下，通过由前述的(1)式所示的运算所计算的滤波器系数g的值被指定为依次减小。
图6是表示延迟长度的整数部即延迟器数k增加了的情况下的三组APF305向延迟线301的连接的变化的图。当通过演奏者调低音高的弯音操作而使与新的指定音高对应的延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000082
依次增加并达到值1时，图2的波导模型控制部201将输出到波导模型运算部202的指定音高的延迟长度的整数部即延迟器数k的值+1递增。此时，由于延迟长度的小数部/>
Figure BDA0003844323950000083
随着延迟器数k的递增而变为0，所以通过由(1)式所示的运算计算的滤波器系数g的值变为1。
这样，在由波导模型控制部201指定的延迟器数k的值+1递增而发生了变化的情况下，在图6所示的波导模型运算部202中，将与变化后的延迟器数k+1对应的延迟线301内的新的延迟器302(#k+1)作为新的第1延迟器，向到目前为止与其两端的延迟线开关端子dk+1和dk+2连接的APF305(#2)交接全通滤波器的动作。
另外，在图6中，上述交接的结果是，开关310使输出选择端子o1的导通截止，使输出选择端子o2重新导通。
此时，如上所述，对于APF305(#2)的乘法器306(#2)和308(#2)，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益，分别设定使小数部的值0产生延迟的值1和-1并进行动作。因此，将全通滤波器的动作从APF305(#1)切换到APF305(#2)的上述动作与控制为由图2的波导模型控制部201指定的小数部
Figure BDA0003844323950000087
的动作良好匹配。
并且，APF305(#2)根据来自延迟线开关端子dk+1和dk+2的实际信号持续进行动作，所以能够控制为在APF305的切换时不产生噪声。
这里，如上所述，在APF305(#1)中，随着小数部
Figure BDA0003844323950000085
的值增加，通过由(1)式所示的运算计算的滤波器系数g的值朝向0减少。然而，当控制从APF305(#1)切换到APF305(#2)时，小数部/>
Figure BDA0003844323950000086
的值被重置为0而开始，因此，在该瞬间，滤波器系数g的值需要从0附近跳跃到1附近。在滤波器系数g受到包络控制的情况下，这样的值的不连续跳跃是不太优选的。
因此，在本实施方式中，在作为第1延迟器进行动作的延迟器302例如是第偶数个延迟器的情况下，通过前述的(1)式所示的运算处理，计算滤波器系数g。
另一方面，在作为第1延迟器进行动作的延迟器302例如是第奇数个延迟器的情况下，通过下述(2)式所示的运算处理来计算滤波器系数g。
Figure BDA0003844323950000091
而且，在这种情况下，使用通过上述(2)式所示的运算计算的系数g计算的系数(1-g)和-(1-g)分别设定为乘法器306及308中的前馈增益和反馈增益。
在图6的例子中，例如，在目前为止由APF305(#1)执行着全通滤波器的运算时，在乘法器306(#1)和308(#1)中的前馈增益和反馈增益设定了g和-g的情况下，如上所述，在全通滤波器的动作从APF305(#1)切换到APF305(#2)的情况下，可以进行控制，使得乘法器306(#2)和308(#2)中的前馈增益和反馈增益设定为(1-g)和-(1-g)。
图7是滤波器系数g的连续控制方法的说明图。例如，考虑如图7(a)所示在延迟长度的整数部即延迟器数的值为k的区间
Figure BDA0003844323950000092
1中，如图7(b)所示滤波器系数g通过由(1)式所示的运算随着延迟长度的小数的增加而减少的情况。当在区间/>
Figure BDA0003844323950000093
1中滤波器系数g的值达到0时，如图7(a)所示，延迟长度的整数部即延迟器数的值从k切换到k+1的区间/>
Figure BDA0003844323950000094
2。在该新的区间/>
Figure BDA0003844323950000095
2中，通过上述控制方法，如图7(b)所示进行控制，使得滤波器系数g的值从最小值0起，根据(2)式所示的运算，随着延迟长度的小数的增加而增加。
如上所述，在本实施方式中，根据作为第1延迟器进行动作的延迟器302是第偶数个(或第奇数个)延迟器还是第奇数个(或第偶数个)延迟器，切换(1)式所示的运算和(2)式所示的运算来计算滤波器系数g，通过切换对APF305内的乘法器306和308设定g和-g组还是设定(1-g)和-(1-g)组，能够使由图2的波导模型控制部201指定给波导模型运算部202的滤波器系数g如图7(b)所示连续变化。
其结果是，使用通常用于电子乐器的技术的包络发生器电路，通过以延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000101
为输入的(1)式或(2)式所示的运算处理，作为包络值能够输出进行如图7(b)所示的变化的滤波器系数g。
如上所说明的，在图6中，在延迟长度的整数部即延迟器数k增加，且作为第1延迟器进行全通滤波器的运算动作的对象从到目前为止的APF305(#1)切换到新的APF305(#2)的情况下，如图6所示，到目前为止作为第1延迟器进行动作的延迟器302(#k)被识别为作为新的第1延迟器的延迟器302(#k+1)的前一级的第0延迟器，对于在其两侧的延迟线开关端子dk及dk+1上连接的APF305(#1)的乘法器306(#1)及308(#1)，都设定使作为与第0延迟器连接的全通滤波器电路的小数部的值1产生延迟的值0，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
此外，在图6中，延迟器302(#k+2)被识别为作为新的第1延迟器的延迟器302(#k+1)的后一级的第2延迟器，在其两侧的延迟线开关端子dk+2和dk+3上分别新连接APF305(#0)的连接端子i00和i01，对于APF305(#0)的乘法器306(#0)和308(#0)，分别设定使作为与第2延迟器连接的全通滤波器电路的小数部的值0产生延迟的值1和值-1，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
另外，如上所述，在切换各APF305的连接之前，反馈延迟器307的输出可以被清除为0。
图8是表示当延迟长度的整数部即延迟器数k减少了时的三组APF305向延迟线301的连接的变化的图。当通过演奏者调高音高的弯音操作而使与新的指定音高对应的延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000102
依次减少并达到值0时，图2的波导模型控制部201将输出到波导模型运算部202的指定音高的延迟长度的整数部即延迟器数k的递减值1。此时，由于延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000103
随着延迟器数k的递减而成为最大值1，所以通过由(1)式所示的运算计算的滤波器系数g的值成为0。
这样，在从波导模型控制部201指定的延迟器数k的值递减1而发生了变化的情况下，在图8所示的波导模型运算部202中，将与变化后的延迟器数k-1对应的延迟线301内的新的延迟器302(#k-1)作为新的第1延迟器，向到目前为止与其两端的延迟线开关端子dk-1和dk连接的APF305(#0)交接全通滤波器的动作。
另外，在图8中，上述交接的结果是，开关310使输出选择端子o1的导通截止，使输出选择端子o0重新导通。
此时，如上所述，对于APF305(#0)的乘法器306(#0)和308(#0)，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益，都设定使小数部的值1产生延迟的值0并进行动作。因此，将全通滤波器的动作从APF305(#1)切换到APF305(#0)的上述动作与控制为由图2的波导模型控制部201指定的小数部
Figure BDA0003844323950000111
的动作良好匹配。
并且，APF305(#0)根据来自延迟线开关端子dk-1和dk的实际信号持续进行动作，所以能够控制成在APF305的切换时不产生噪声。
这里，如上所述，在APF305(#1)中，随着小数部
Figure BDA0003844323950000112
的值的减少，通过由(1)式所示的运算计算的滤波器系数g的值朝向1增加。然而，当控制从APF305(#1)切换到APF305(#0)时，小数部/>
Figure BDA0003844323950000113
的值被设置为1而开始，因此，在该瞬间，滤波器系数g的值需要从1附近跳跃到0附近。这样的值的非线性的跳跃与延迟长度的整数部即延迟器数k的值增加的情况同样，在延迟长度的整数部即延迟器数k的值减少的情况下，在滤波器系数g受包络控制的情况下也不太优选。
因此，在本实施方式中，与延迟长度的整数部即延迟器数k的值增加的情况同样，根据作为第1延迟器进行动作的延迟器302是第偶数个(或第奇数个)延迟器还是第奇数个(或第偶数个)延迟器，切换前述(1)式所示的运算和(2)式所示的运算来计算滤波器系数g，并进行切换对APF305内的乘法器306及308设定g和-g组还是设定(1-g)和-(1-g)组的控制。
在图8的例子中，例如，在目前为止由APF305(#1)执行着全通滤波器的运算时，当作为乘法器306(#1)和308(#1)中的前馈增益和反馈增益而设定了g和-g的情况下，如上所述，在全通滤波器的动作从APF305(#1)切换到了APF305(#0)的情况下，可以进行控制，使得乘法器306(#0)和308(#0)中的前馈增益和反馈增益设定为(1-g)和-(1-g)。
例如，在前述的图7中，考虑在如图7(a)所示的延迟长度的整数部即延迟器数的值为k的区间
Figure BDA0003844323950000121
1中，如图7(b)所示滤波器系数g通过由(1)式所示的运算随着延迟长度的小数的减少而增加的情况。当在区间/>
Figure BDA0003844323950000122
1中滤波器系数g的值达到1时，如图7(a)所示，延迟长度的整数部即延迟器数的值从k切换到k-1的区间/>
Figure BDA0003844323950000123
0。在该新的区间/>
Figure BDA0003844323950000124
0中，通过上述控制方法，如图7(b)所示进行控制，使得滤波器系数g的值从最大值1起，根据(2)式所示的运算，随着延迟长度的小数的减少而减少。
如上所述，在本实施方式中，与延迟长度的整数部即延迟器数k的值增加的情况同样，即使延迟长度的整数部即延迟器数k的值减少的情况下，根据作为第1延迟器进行动作的延迟器302是第偶数个(或第奇数个)延迟器还是第奇数个(或第偶数个)延迟器，切换(1)式所示的运算和(2)式所示的运算来计算滤波器系数g，通过切换对APF305内的乘法器306和308设定g和-g组还是设定(1-g)和-(1-g)组，可使由图2的波导模型控制部201指定给波导模型运算部202的滤波器系数g如图7(b)所示连续变化。
结果，使用通常用于电子乐器的技术的包络发生器电路，通过以延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000125
为输入的(1)式或(2)式所示的运算处理，作为包络值能够输出进行如图7(b)所示的变化的滤波器系数g。
如上所说明的，在图8中，在延迟长度的整数部即延迟器数k减少，作为第1延迟器进行全通滤波器的运算动作的对象从到目前为止的APF305(#1)切换到新的APF305(#0)的情况下，到目前为止作为第1延迟器进行着动作的延迟器302(#k)，如图8所示，被识别为作为新的第1延迟器的延迟器302(#k-1)的后一级的第2延迟器，对于在其两侧的延迟线开关端子dk及dk+1上连接着的APF305(#1)的乘法器306(#1)及308(#1)中，分别设定使作为与第2延迟器连接的全通滤波器电路的小数部的值0产生延迟的值1以及值-1，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
另外，在图8中，延迟器302(#k-2)被识别为作为新的第1延迟器的延迟器302(#k-1)的前一级的第0延迟器，在其两侧的延迟线开关端子dk-2及dk-1上，分别新连接APF305(#2)的连接端子i20和i21，对于APF305(#2)的乘法器306(#2)和308(#2)，都设定使作为与第0延迟器连接的全通滤波器电路的小数部的值1产生延迟的值0，作为滤波器系数的前馈增益和反馈增益。
与图6的情况相同，在如上所述切换各APF305的连接之前，反馈延迟器307的输出可以被清除为0。
图9和图10是表示基于以上说明的原理而执行的弯音控制处理的例子的流程图。该处理是图1的CPU101将存储在ROM102中的弯音控制处理程序载入RAM103中来执行的处理。图9及图10的流程图是表示APF305(#0)与延迟器302(#k-1)、APF305(#1)与延迟器302(#k)、APF305(#2)与延迟器302(#k+1)的各两端连接时，发音后由弯音传感器110将指定音高的延迟长度的整数部即延迟器数k、小数部
Figure BDA0003844323950000131
的值从L1变化为L2的情况下的图2的波导模型控制部201及波导模型运算部202的控制时间序列的流程图。
当弯音开始时，CPU101在步骤S1中判定L2是大于还是小于L1，即，L2是下弯还是上弯。
在L1＜L2的情况下，即在发生了下弯的情况下，CPU101在步骤S2中，将速率r与延迟长度的小数部
Figure BDA0003844323950000132
相加。另外，“+＝”表示在左边的变量值上累加右边的变量值的运算。
在步骤S3中L大于目标值的情况下，CPU101在步骤S4中使小数部
Figure BDA0003844323950000133
与/>
Figure BDA0003844323950000134
2一致，以便与目标值一致。
接着，CPU101在步骤S5中判定延迟器数k是偶数还是奇数。另外，“％”是计算延迟器数k的值除以2的余数的运算。如果该运算结果为0，则延迟器数k为偶数，如果不为0，则延迟器数k为奇数。
在k为偶数的情况下，CPU101在步骤S6中，对滤波器系数g设定通过由(1)式所示的运算而根据小数部
Figure BDA0003844323950000135
计算的系数。
在k为奇数的情况下，CPU101在步骤S8中，对1-g设定通过(2)式所示的运算而根据小数部
Figure BDA0003844323950000136
计算出的系数。
然后，在步骤S7或步骤S9中，没有成为g＜0或1-g＜0的情况是在延迟长度的整数部即延迟器数k中没有进位的情况，所以CPU101原样在步骤S10中执行APF305(#0)、APF305(#1)、以及APF305(#2)的各全通滤波器运算，然后在步骤S11中更新样本。样本的更新是指将输入到延迟线301的各延迟器302的数据逐一错开，使波形前进。
CPU101在步骤S12中判定为L达到了目标值的情况下结束处理，在判定为未达到的情况下，在达到之前，在对L加上速率r的同时反复进行处理。
在步骤S7或步骤S9中，成为g＜0或1-g＜0的情况是在延迟长度的整数部即延迟器数k中进位了的情况。在这种情况下，CPU101在步骤S13中使g＝0。
在该状态下，在步骤S14中，CPU101执行APF305(#0)、APF305(#1)和APF305(#2)的各全通滤波器运算。在这种情况下，APF305(#1)以延迟器数k和滤波器系数0来执行运算，APF305(#2)以延迟器数k+1和滤波器系数1来执行运算。APF305(#2)由于反馈延迟器的值为0而开始运算，所以根据全通滤波器的性质，原样输出i20的信号。另一方面，在APF305(#1)中，由于以g＝0来运算，所以i11的信号原样输出。i20和i11的信号相同。因此，在该定时，输出到输出选择端子o1和o2的信号相等。因此，即使在步骤S16中开关310将输出选择端子从o1切换到o2，也不会产生噪声。
之后，CPU101在步骤S15中执行与步骤S11同样的样本更新。
接着，CPU101将开关310切换到输出选择端子o2。
然后，CPU101在步骤S17中，将输入到APF305(#0)的反馈延迟器307(#0)的数据清除为0。
然后，CPU101在步骤S18中，将APF305(#0)的连接端子i00、i01分别改为连接到延迟线开关端子dk+2、dk+3。此外，APF305(#0)的滤波器系数g0从0变更为1。
APF305(#0)的连接切换后的波导模型运算部202的状态如图6所述。步骤S18的处理与将延迟长度的整数部即延迟器数k进行+1递增作业相同。图中“++”表示+1递增运算。
在步骤S18的处理之后，CPU101返回步骤S2的处理，重复使延迟长度增大的作业。此时，APF305(#2)成为变更滤波器系数的对象。之后，每当延迟器数k递增时，APF305(#0)、APF305(#1)和APF305(#2)以轮环的升序逐个地成为滤波器系数计算的对象。
在图9的步骤S1中，在L1＞L2的情况下，即在上弯的情况下，执行图10的流程图的步骤S19以后的处理。L1＞L2的情况与L1＜L2的情况相比，存在如下不同。
首先，CPU101在步骤S19中，从小数部
Figure BDA0003844323950000151
中减去速率r。图中，“-＝”表示从左边的变量值减去右边的变量值的运算。
另外，在步骤S24或S26中，无论是否为g＞1或1-g＞1，判定延迟长度的整数部即延迟器数k是否退位。
判定为g＞1或1-g＞1的情况是延迟器数k退位的情况。在该情况下，CPU101在步骤S30中设为g＝1。
CPU101进一步在步骤S31、S32中执行APF305(#0)、APF305(#1)以及APF305(#2)的各运算以及样本更新。在之后的状态下，APF305(#1)以滤波器系数g＝1执行运算，虽然多少存在反馈的影响，但处于i10的信号几乎原样被输出的状态。APF305(#0)由于以滤波器系数0继续进行运算，所以是原样输出i01的值的状态。i10和i01的信号大致相同。因此，在步骤S33中，即使在开关310中将输出选择端子从输出选择端子o1切换到输出选择端子o0，也不产生噪声。
CPU101在步骤S33中将开关310切换到输出选择端子o0。
然后，CPU101在步骤S34中，将输入到APF305(#2)的反馈延迟器307(#2)的数据清除为0。
然后，CPU101在步骤S35中，将APF305(#2)的连接端子i20、i21分别连接到延迟线开关端子dk-2、dk-1。
APF305(#2)的连接切换后的波导模型运算部202的状态如图8中所述。步骤S35的处理与将延迟长度的整数部即延迟器数k进行递减1的作业相同。图中“--”表示递减1的运算。
在步骤S35的处理之后，CPU101返回步骤S19的处理，重复使延迟长度减少的作业。此时，APF305(#0)成为变更滤波器系数的对象。以后，每当延迟器数k递减时，APF305(#0)、APF305(#1)以及APF305(#2)以轮环的降序依次成为滤波器系数计算的对象。
在延迟长度变小的音高变化处理中，如图10的步骤S35的说明所述，APF305的滤波器系数被设为0而改变连接，在速率r足够小的情况下，在滤波器系数小的状态下开始运算，因此，即使反馈侧的值不定(不连续)，在下一样本中发出的噪声也小。因此，作为本实施例的变形例，如图11所示，以去除了APF305(#0)的形式运算APF305(#1)和APF305(#2)，在图9的步骤S18中，代替APF305(#0)而改为连接APF305(#1)，在图10的步骤S35中，即使将APF305(#2)改为连接到延迟线开关端子dk-1和dk，也能够噪声的影响小地改变延迟器数。在这种情况下，乘法的次数能够减少两次。
在图5中，说明了在APF305(#0)和APF305(#2)中能够削减乘法次数，但也可以优先算法、硬件的统一性，而保留乘法运算。最终输出信号y(n)在发音中没有发生弯音的情况下与o1连接。此时，APF305(#0)和APF305(#2)的输出信号不从输出选择端子o0和o2输出，但为了在前述的发音中发生弯音时进行运算而预先准备。
如以上说明所述，在本实施方式中，通过将多个APF305预先连接到延迟线301中相邻的延迟器302，使延迟器302内不进入不确定数据，可抑制波导模型发音中延迟器302的数量变化时的噪声。此外，在本实施方式中，可以削减连接到第1延迟器的APF305以外的两个APF305中的乘法次数。
这样，根据本实施方式，在波导建模音源中，通过使用全通滤波器那样的小数部延迟块，既能够消除振幅的频率依赖性，又能够用少的运算量抑制延迟器的连接数变化时的噪声的产生。具体地说，乘法次数每一个波导模型最多减少4次，这一点是有利的。这是因为，例如如果是钢琴，则弦为230根左右，所以如果对全部弦建模使其动作，则乘法运算减少920次。
另外，根据本实施方式，由于能够使滤波器系数连续地变化，因此能够容易地对滤波器系数赋予包络控制。
在以上说明的各附图中表示的框图能够由软件置换。例如，在用软件置换了图3的全部结构的情况下，处理器根据导出第0～2延迟器和各个APF305(#0～#2)的对的延迟长度的数学式，计算并输出滤波器系数，用其中的第1延迟器和APF305(#1)的对的滤波器系数运算波形，并使其应用于输出，从而能够实现软件处理。此外，关于图6中说明的APF305的切换动作，处理器根据导出切换前的第0～2延迟器和各个APF305(#0～#2)的对的延迟长度的数学式，定期地输出滤波器系数，并将其中与APF305(#1)对应的滤波器系数超过规定的范围时视为切换，切换后根据导出新的第0～2延迟器和各个APF305(#0～#2)的对的延迟长度的数学式，输出滤波器系数，并用其中的新的第1延迟器和APF305(#1)的对的滤波器系数来运算波形，并应用于输出，从而能够实现软件处理。进而，也可以将使用了电路的实施例与软件组合，用软件置换电路的一部分。
在上述实施方式中，控制程序存储在ROM102中，但不限于此，也可以存储在USB存储器、CD、DVD等那样的可移动的存储介质中，或者也可以存储在服务器中。乐音信号产生装置100可以从这样的存储介质中取得控制程序，也可以经由网络从服务器取得。
此外，上述实施方式所示的全通滤波器不限于三个，也可以设置四个以上。
此外，本公开不限定于上述实施方式，在实施阶段中在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。此外，在上述实施方式中执行的功能也可以尽可能地适当组合来实施。上述实施方式中包含各种阶段，通过所公开的多个构成要件的适当组合，能够提取出各种发明。例如，即使从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件，只要能够得到效果，则删除了该构成要件的结构也能够作为发明而提取。

Claims (16)

1.一种乐音信号产生装置，其中，具备：
延迟线，具备多个延迟器，所述多个延迟器级联连接，分别使所输入的信号以第1延迟长度延迟；
至少三个小数部延迟块，分别通过与所述多个延迟器中的某一个延迟器对应地连接，使所输入的信号以长度为所述第1延迟长度以下的第2延迟长度延迟；以及
至少一个处理器，将所述多个延迟器中的任意一个设定为产生对应于指定音高的延迟的第1延迟器，将所述多个延迟器中的所述第1延迟器的前级的延迟器设定为第0延迟器，将所述多个延迟器中的所述第1延迟器的后级的延迟器设定为第2延迟器，
所述至少一个处理器，
使所述至少三个小数部延迟块分别与所述第1延迟器、所述第0延迟器和所述第2延迟器连接，
在根据所述指定音高的变化而将所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方设定为新的第1延迟器，并且将所述新的第1延迟器的前级的延迟器设定为新的第0延迟器，将所述新的第1延迟器的后级的延迟器设定为新的第2延迟器的情况下，使所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方继续与所述小数部延迟块连接，并且将所述新的第0延迟器和所述新的第2延迟器中的至少某一方，改为与除了连接于所述新的第1延迟器的所述小数部延迟块以外的所述小数部延迟块中的至少某一方连接。
2.根据权利要求1所述的乐音信号产生装置，其中，
所述至少三个小数部延迟块与分别对应于所述小数部延迟块的所述延迟器一起作为全通滤波器块进行动作。
3.根据权利要求2所述的乐音信号产生装置，其中，
所述至少一个处理器，
对作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块，设定与所述第2延迟长度对应的滤波器系数，所述第2延迟长度是对应于所述指定音高的延迟长度的小数部，
对作为对应于所述第0延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块以及作为对应于所述第2延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块，分别设定与值1及值0的所述第2延迟长度对应的值0及值1的滤波器系数，
将作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块的输出，作为乐音信号及向所述延迟线的所述输入的反馈信号而输出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的乐音信号产生装置，其中，
所述至少一个处理器，
还具备包络发生器电路，
所述包络发生器电路为，
在将所述延迟长度的小数部设为
Figure FDA0003844323940000021
时，在所述第1延迟器是第偶数个或第奇数个的延迟器的情况下，将通过由(1)式的运算式表示的运算计算出的系数g设定为与对应于所述指定音高的延迟长度的小数部即所述第2延迟长度对应的滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000022
在所述第1延迟器是第奇数个或第偶数个的延迟器的情况下，将使用通过由(2)式的运算式表示的运算计算出的系数g所计算出的系数(1-g)设定为所述滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000023
将所述延迟长度的小数部
Figure FDA0003844323940000024
作为输入，将进行由所述(1)式或(2)式的运算式表示的变化的系数g作为包络值输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的乐音信号产生装置，其中，
所述第0延迟器的两端连接的所述小数部延迟块执行将所述第0延迟器的输出原样输出的运算，
所述第2延迟器的两端连接的所述小数部延迟块执行如下运算：代替乘以对应于与值0的所述第2延迟长度对应的值1的滤波器系数的值1或值-1的各乘法运算，而将所述乘法运算中的输入值原样或改变符号地作为所述各乘法运算中的输出值输出。
6.一种电子设备，其中，具备：
权利要求1至5中任一项所述的乐音信号产生装置；以及
操作件。
7.一种乐音信号产生方法，其中，
将至少三个小数部延迟块分别与第1延迟器、第0延迟器和第2延迟器连接，
所述至少三个小数部延迟块通过与具备多个延迟器的延迟线中的某一个延迟器分别对应地连接，从而使所输入的信号以长度为第1延迟长度以下的第2延迟长度延迟，
所述延迟线所具备的所述多个延迟器级联连接，分别使所输入的信号以所述第1延迟长度延迟，
所述第1延迟器是所述多个延迟器中的产生对应于指定音高的延迟的所述延迟器，
所述第0延迟器是所述多个延迟器中的对应于所述第1延迟器的前级的所述延迟器，
所述第2延迟器是所述多个延迟器中的对应于所述第1延迟器的后级的所述延迟器，
在根据所述指定音高的变化而将所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方设定为新的第1延迟器，并且将所述新的第1延迟器的前级的延迟器设定为新的第0延迟器，将所述新的第1延迟器的后级的延迟器设定为新的第2延迟器的情况下，使所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方继续与所述小数部延迟块连接，并且将所述新的第0延迟器和所述新的第2延迟器中的至少某一方，改为与除了连接于所述新的第1延迟器的所述小数部延迟块以外的所述小数部延迟块中的至少某一方连接。
8.根据权利要求7所述的乐音信号产生方法，其中，
使所述至少三个小数部延迟块与分别对应于所述小数部延迟块的所述延迟器一起作为全通滤波器块进行动作。
9.根据权利要求8所述的乐音信号产生方法，其中，
对作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块，设定与所述第2延迟长度对应的滤波器系数，所述第2延迟长度是对应于所述指定音高的延迟长度的小数部，
对作为对应于所述第0延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块以及作为对应于所述第2延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块，分别设定与值1及值0的所述第2延迟长度对应的值0及值1的滤波器系数，
将作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块的输出，作为乐音信号及向所述延迟线的所述输入的反馈信号而输出。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的乐音信号产生方法，其中，
在将所述延迟长度的小数部设为
Figure FDA0003844323940000041
时，
在所述第1延迟器是第偶数个或第奇数个的延迟器的情况下，将通过由(1)式的运算式表示的运算计算出的系数g设定为与对应于所述指定音高的延迟长度的小数部即所述第2延迟长度对应的滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000042
在所述第1延迟器是第奇数个或第偶数个的延迟器的情况下，将使用通过由(2)式的运算式表示的运算计算出的系数g所计算出的系数(1-g)设定为所述滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000043
将所述延迟长度的小数部
Figure FDA0003844323940000044
作为输入，将进行由所述(1)式或(2)式的运算式表示的变化的系数g作为包络值输出。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的乐音信号产生方法，其中，
所述第0延迟器的两端连接的所述小数部延迟块执行将所述第0延迟器的输出原样输出的运算，
所述第2延迟器的两端连接的所述小数部延迟块执行如下运算：代替乘以对应于与值0的所述第2延迟长度对应的值1的滤波器系数的值1或值-1的各乘法运算，而将所述乘法运算中的输入值原样或改变符号地作为所述各乘法运算中的输出值输出。
12.一种存储介质，存储有程序代码，其中，所述程序代码使计算机执行以下步骤：
将至少三个小数部延迟块分别与第1延迟器、第0延迟器和第2延迟器连接，
所述至少三个小数部延迟块通过与具备多个延迟器的延迟线中的某一个延迟器分别对应地连接，从而使所输入的信号以长度为第1延迟长度以下的第2延迟宽度延迟，
所述延迟线所具备的所述多个延迟器级联连接，分别使所输入的信号以所述第1延迟长度延迟，
所述第1延迟器是所述多个延迟器中的产生对应于指定音高的延迟的所述延迟器，
所述第0延迟器是所述多个延迟器中的对应于所述第1延迟器的前级的所述延迟器，
所述第2延迟器是所述多个延迟器中的对应于所述第1延迟器的后级的所述延迟器，
在根据所述指定音高的变化而将所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方设定为新的第1延迟器，并且将所述新的第1延迟器的前级的延迟器设定为新的第0延迟器，将所述新的第1延迟器的后级的延迟器设定为新的第2延迟器的情况下，使所连接的所述第0延迟器和所连接的所述第2延迟器中的某一方继续与所述小数部延迟块连接，并且将所述新的第0延迟器和所述新的第2延迟器中的至少某一方，改为与除了连接于所述新的第1延迟器的所述小数部延迟块以外的所述小数部延迟块中的至少某一方连接。
13.根据权利要求12所述的存储介质，其中，
使所述至少三个小数部延迟块与分别对应于所述小数部延迟块的所述延迟器一起作为全通滤波器块进行动作。
14.根据权利要求12所述的存储介质，其中，
对作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块，设定与所述第2延迟长度对应的滤波器系数，所述第2延迟长度是对应于所述指定音高的延迟长度的小数部，
对作为对应于所述第0延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块以及作为对应于所述第2延迟器的所述小数部延迟块即所述全通滤波器块，分别设定与值1及值0的所述第2延迟长度对应的值0及值1的滤波器系数，
将作为对应于所述第1延迟器的所述小数部延迟块的所述全通滤波器块的输出，作为乐音信号及向所述延迟线的所述输入的反馈信号而输出。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的存储介质，其中，
在将所述延迟长度的小数部设为
Figure FDA0003844323940000064
时，
在所述第1延迟器是第偶数个或第奇数个的延迟器的情况下，将通过由(1)式的运算式表示的运算计算出的系数g设定为与对应于所述指定音高的延迟长度的小数部即所述第2延迟长度对应的滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000061
在所述第1延迟器是第奇数个或第偶数个的延迟器的情况下，将使用通过由(2)式的运算式表示的运算计算出的系数g所计算出的系数(1-g)设定为所述滤波器系数，
Figure FDA0003844323940000062
将所述延迟长度的小数部
Figure FDA0003844323940000063
作为输入，将进行由所述(1)式或(2)式的运算式表示的变化的系数g作为包络值输出。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的存储介质，其中，
使所述第0延迟器的两端连接的所述小数部延迟块执行将所述第0延迟器的输出原样输出的运算，
使所述第2延迟器的两端所连接的所述小数部延迟块执行如下运算：代替乘以对应于与值0的所述第2延迟长度对应的值1的滤波器系数的值1或值-1的各乘法运算，而将所述乘法运算中的输入值原样或改变符号地作为所述各乘法运算中的输出值输出。
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