JP2005338480A - 共鳴効果付加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加する共鳴効果付加装置を提供すること。
【解決手段】音源部３０は、押鍵された鍵に対応する波形データを波形メモリ３５から読み出してオーディオ信号として出力する。このオーディオ信号は共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍに並列に入力され、押鍵された鍵に対応する共鳴ユニット１００のゲート１１０を開状態とする。そして、押鍵された総ての鍵に対応する総ての楽音を含むオーディオ信号が、ゲート１１０が開状態の総ての共鳴ユニット１００のｎ個の共鳴回路１２０に入力される。このため、ゲート１１０が開状態の共鳴ユニット１００は、押鍵された鍵の基音および倍音に一致する成分がオーディオ信号に含まれていた場合には共鳴音が発生し、楽音に共鳴効果を付加させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アコースティックピアノの共鳴効果を模擬して共鳴効果付加する共鳴効果付加装置に関する。

近年の電子ピアノではＰＣＭデータ再生方式を採用したものが主流となっており、アコースティックピアノの鍵盤を押鍵した際の音を録音して波形メモリに記憶しておき、演奏に際しては、押鍵した鍵に応じた波形データを読出し再生する構成となっている。ところが、アコースティックピアノにおいては、複数の鍵が押鍵された場合、複数の鍵に対応する弦の相互間で振動が伝わり合って共鳴音が発生する。すなわち、或る弦が振動することにより、その弦自体の周波数やその倍音の周波数に等しい基音の周波数や倍音の周波数を持つ弦とが共鳴音を発生させる。しかし、ＰＣＭデータの再生方式では、複数の鍵を押鍵した場合であっても、その和音を構成する単独音が重ね合わさった音しか出力されず、このような共鳴音を模擬することが提案されていた。例えば、共鳴音にサイン合成方式の音源を用いて弦の共鳴効果を模擬することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３３００７９号公報（第２−５頁、第１図）

しかしながら、このようなサイン合成方式で共鳴効果を得ようとすれば、実際の電子ピアノの演奏に際しては、無数のタイミングと強さとの組み合わせで押鍵される複数鍵からの情報に基づいて、リアルな共鳴効果を得ることは非常に難しいことであり、更に、このような共鳴効果を付加する装置の構成の簡素化も課題となっていた。

本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、アコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加する共鳴効果付加装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）の発生音の夫々が加算出力されるように構成された共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力が加算されるように構成され、
押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、押鍵状態に対応する共鳴ユニット内にのみに供給するように構成されたことを特徴とするようにした。

より具体的には、本発明は、開閉制御可能なゲート部と、このゲート部が開状態の時に供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）までを発生出力するｎ個の共鳴回路と、各共鳴回路からの出力を加算出力する加算回路と、を有する共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力を加算するユニット出力加算回路を備え、更に、
押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、押鍵された鍵に予め対応付けられている共鳴ユニット内にのみに供給するように各ゲート部の開閉制御を行うゲート開閉制御手段を構成されたことを特徴とする。

また、本発明の他の態様によれば、開閉制御可能なゲート部と、このゲート部が開状態の時に供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）までを発生出力するｎ個の共鳴回路と、各共鳴回路からの出力を加算出力する加算回路と、を有する共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力を加算するユニット出力加算回路を備え、
押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、予め定めた規則にしたがって割り当てられた共鳴ユニットのみのゲート部を開状態として供給するように構成され、
前記予め定めた規則は、
新たに押鍵された鍵に対して既に割り当てられた共鳴ユニットがある場合には当該共鳴ユニットを割り当てる一方、過去にこの鍵に対して割り当てられた共鳴ユニットがない場合には、その時点で割り当てられておらずゲート部が最も古くから閉状態になっている共鳴ユニットを割り当てることとし、また、用意した共鳴ユニットが既に総て割り当てられている状態で新規に押鍵があった場合には、この新規押鍵に対応して新たに共鳴ユニットを割り当てないことを特徴とする共鳴効果付加装置が提供される。なお、この共鳴効果付加装置において、前記各共鳴回路は、２次のＩＩＲフィルタで構成されており、前記予め定めた規則にしたがって割り当てられそのゲート部を開状態とした共鳴ユニットの共鳴回路に対して、前記押鍵された鍵に対応するフィルタ係数を供給する係数供給手段を備えた構成とすることができる。

本発明によれば、アコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加することができるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の共鳴効果付加装置１を適用した電子楽器１０００の構成図である。鍵盤部１０は、不図示の８８個の鍵盤を備え、押鍵した鍵を示す情報を音源部３０、係数発生部４０、ゲート開閉制御指示部５０に出力するように構成されている。音源部３０は、８８鍵に対する音を示す波形データを記憶しておく波形メモリ３５を備え、押鍵情報に基づいて、押鍵された鍵に対する波形データを波形メモリ３５から読み出してオーディオ信号として出力するように構成されている。なお、鍵盤の鍵数は必ずしも「８８」に限られない。また、ペダル踏み込み量検出部２０は、ダンパーペダル（不図示）の踏み込み量を検出出力するもので、この検出出力は音源部３０、ゲート開閉指示部５０、係数発生部４０に供給されている。なお、アコースティックピアノにおけるダンパーペダルとは、ピアノの弦の振動を停止させるためのダンパ（消音装置）を総ての弦に対して解除させるものであり、このダンパーペダルを踏み込むと、鍵盤を押鍵した後に離鍵しても押鍵された鍵に対応する波形データが鳴り続ける。

共鳴効果付加装置１は、音源部３０からのオーディオ信号を共通に入力可能な８８個（鍵盤の鍵数に等しい）の共鳴ユニット１（１００−１）、共鳴ユニット２（１００−２）、…、共鳴ユニットｍ（１００−ｍ）を備えており、共鳴ユニット１（１００−１）、共鳴ユニット２（１００−２）、…、共鳴ユニットｍ（１００−ｍ）は８８個の各鍵盤に対応付けられている。また、各共鳴ユニット１（１００−１）、共鳴ユニット２（１００−２）、…、共鳴ユニットｍ（１００−ｍ）の出力は、押鍵操作に応じて音源部３０から出力されたオーディオ信号とともに加算器７０で加算出力され、この加算出力はマルチチャンネルエフェクト８０で音像調整された後に、マルチチャンネル再生装置８５でマルチチャンネルでの音出力がされるようになっている。また、後に説明するが、各共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍでの基音や倍音のレベルをマニュアル調節するための共鳴倍音レベル設定部６０からの設定信号が、各共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍに供給可能に構成されている。

図２は共鳴ユニット１００の構成図である。ｍ個の共鳴ユニット１００の構成は同じであるため、１つの共鳴ユニット１００のみを説明する。ゲート１１０はゲート開閉指示部５０からのゲート開閉指示信号によって開閉制御される。つまり、ゲート開閉指示部５０からゲート閉指示信号が送られてくるとゲート１１０は閉状態を維持したままであるが、ゲート開閉指示部５０からゲート開指示信号が送られてくるとゲート１１０は開状態となり、共鳴ユニット１００内へオーディオ信号が供給されて、共鳴回路１２０−１〜１２０−ｎに対してオーディオ信号が供給される。

共鳴回路１（１２０−１）は基音を発生し、共鳴回路２（１２０−２）は２倍音を発生し、…、共鳴回路ｎ（１２０−ｎ）はｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）を発生する。そして、共鳴回路１（１２０−１）、共鳴回路２（１２０−２）、…、共鳴回路ｎ（１２０−ｎ）の夫々の後段には、レベル調整のための乗算器１３０−１、乗算器１３０−２、…、乗算器１３０−ｎが接続され、各乗算器１３０−１〜１３０−ｎ出力は加算器１４０によって加算出力される。なお、先に説明した共鳴倍音レベル設定部６０を操作することによって、共鳴ユニット１００の乗算器１３０−１から１３０−ｎまでの係数をマニュアル設定可能に構成されている。

図３は共鳴回路１２０の構成図である。ｎ個の共鳴回路１２０の構成は同じであるため、１つの共鳴回路の構成のみを説明する。共鳴回路１２０は、その出力線に遅延素子１７０を接続し、この遅延素子１７０に更に遅延素子１７５を接続し、遅延素子１７５は係数ａ２を有する乗算器１６５に接続されている。また、遅延素子１７０と遅延素子１７５との接続点には係数ａ１を有する乗算器１６０が接続されていて、乗算器１６０の出力と乗算器１６５の出力と共鳴回路１２０への入力が加算器１５０にて加算出力されるように構成されている。このように、図３の例の共鳴回路１２０は、２次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型フィルタで実現されている。２つの係数ａ１、ａ２は係数発生部４０から供給され、それに対応した周波数で共鳴を素早く減衰させたり、共鳴を持続させたりすることが可能になっている。

（動作）
次に動作を説明する。鍵盤が押鍵されると押鍵された鍵の情報が出力され、音源部３０は、押鍵された鍵に対応する波形データを波形メモリ３５から読み出してオーディオ信号として出力する。この際、押鍵された鍵が複数個の場合には、夫々の鍵に対する音の和音がオーディオ信号になる。そして、このオーディオ信号は８８個の共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍに並列に入力される。次いで、ゲート開閉指示部５０は、押鍵された鍵に対応する共鳴ユニット１００のゲート１１０を開状態にすべく、当該ゲート１１０にゲート開指示信号を送る。例えば、押鍵された鍵に対応するのが共鳴ユニット１００−１である場合には、この共鳴ユニット１００−１のゲート１１０を開状態として、共鳴ユニット１００−１の共鳴回路１２０−１〜１２０−ｎまでのｎ個の共鳴回路にオーディオ信号が供給されることになる。なお、複数の鍵が押鍵された場合には、その複数の鍵に対応する総ての共鳴ユニット１００のゲート１１０を開状態とする。

そして、係数発生部４０は、押鍵された件に対応する総ての共鳴ユニットの夫々のｎ個の共鳴回路１２０に対して、対応する鍵の対応する倍音の周波数で共鳴し、なおかつ共鳴の減衰時間が長くなるように係数ａ１、ａ２を供給する。この時点で、押鍵された総ての鍵に対応する総ての楽音を含むオーディオ信号が、ゲート１１０が開状態の総ての共鳴ユニット１００のｎ個の共鳴回路１２０に入力される。このため、ゲート１１０が開状態の共鳴ユニット１００は、押鍵された鍵の基音および倍音に一致する成分がオーディオ信号に含まれていた場合には共鳴音が発生し、楽音に共鳴効果を付加させることができる。

そして、押鍵されていた鍵が離鍵される時点で、ゲート開閉指示部５０は対応するゲート１１０にゲート閉指示信号を送る。これによって、ゲート１１０が閉状態となって、この共鳴ユニット１００の内部へのオーディオ信号の供給が停止される。この時点で、係数発生部４０はこの共鳴ユニット１００のｎ個の共鳴回路１２０に対して、共鳴音が素早く減衰するように係数ａ１、ａ２を供給する。なお、ゲート開閉指示部５０は、ペダル踏み込み量検出部２０によってダンパーペダルが踏み込まれたと判定された場合には、鍵盤の押鍵状態に係わらず総ての共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍのゲート１１０にゲート開指示信号を送り、総てのゲート１１０を開状態とする。

一方、ゲート開閉指示部５０は、ペダル踏み込み量検出部２０によってダンパーペダルが踏み込まれなくなった判定された場合（ダンパーペダルが離されたと判定された場合）には、押鍵されている鍵に対応する総ての共鳴ユニット１００のゲート１１０は開状態を維持するようにゲート開閉制御するが、離鍵されている鍵に対応する共鳴ユニットのゲート１１０にはゲート閉指示信号を送り、当該ゲート１１０を閉状態とする。そして、係数供給部４０は離鍵された鍵に対応する共鳴ユニットのｎ個の共鳴回路の係数ａ１、ａ２を、共鳴が早く減衰するように供給する。なお、ダンパーペダルが半分踏まれた（ダンパーペダルを離してもいないし一杯に踏み込んでもいない状態）とペダル踏み込み量検出部２０が判定した場合には、係数発生部４０は各共鳴回路１２０−１〜１２０−ｎの減衰時間がペダル踏み込み量に応じたものとなるように係数ａ１、ａ２を適切に供給制御する。

以上のようにして、簡素な回路構成でアコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加する共鳴効果付加装置１を実現することができる。

（他の共鳴効果付加装置２）
図４は他の例の共鳴効果付加装置２を適用した電子楽器１００１の構成図である。この共鳴効果付加装置２は、８８個の鍵数よりも共鳴ユニット１００の数「ｍ」が少ない場合（ｍ＜８８）の構成で、図１の共鳴効果付加装置１の構成と比較して分かるように、共鳴ユニットアサイナ９０が設けられて点が変更点であり、その他の点は変わる所がない。図１中のものと同一符号が付されたものは図１のそれと同じ構成であるので再度の説明することは省略する。つまり、共鳴ユニット１（１００−１）〜共鳴ユニットｍ（１００−ｍ）の内部構成等は上述したものと変わる点がない。

（動作）
この例の装置は先にも説明したように、鍵数「８８」よりも共鳴ユニットの数「ｍ」が少ない場合を想定している。まず、鍵盤が押鍵されると押鍵された鍵の情報が出力され、音源部３０は、押鍵された鍵に対応する波形データを波形メモリ３５から読み出してオーディオ信号として出力する。この際、押鍵された鍵が複数個の場合には、夫々の鍵に対する音の和音がオーディオ信号になる。そして、このオーディオ信号はｍ個（ｍは８８の鍵数より少ない数）の共鳴ユニット１（１００−１）〜共鳴ユニットｍ（１００−ｍ）に並列に入力される。

共鳴ユニットアサイナ９０は、いわゆるシングルアサイン方式を採用して共鳴ユニット１００の割り当て制御を行う。つまり、新たに鍵が押鍵されるとその時点で、その押鍵された鍵に対して既に割り当てられた共鳴ユニット１００があるか否かを判定し、該当する共鳴ユニット１００が存在する場合には、その共鳴ユニットを、今回押鍵された鍵に対して再度割り当てる。これにより、或る１つの鍵（音名）に割り当てられる共鳴ユニット１００は２個以上とはならない。

もし、過去に同じ音名に割り当てられてた共鳴ユニット１００が無ければ、現在割当てされておらず、ゲート１１０が閉状態の共鳴ユニット１００のうちから、最も古くにゲート１１０が閉状態とされた共鳴ユニット１００を、押鍵された鍵に割り当てる。そして、ゲート１１０が閉状態となっていない共鳴ユニット１００が既に存在しない場合には、今回押鍵された鍵に対する、共鳴ユニット１００の割り当ては行わない。つまり、もし用意した共鳴ユニットが既に総て割り当てられている状態で新規に押鍵があった場合には、この新規押鍵に対応して新たに共鳴ユニットを割り当てないこととする。以上のようにして、共鳴ユニットアサイナ９０は押鍵された鍵に対する共鳴ユニット１００の割り当て制御を行う。

次いで、ゲート開閉指示部５０は、共鳴ユニットアサイナ９０の指示を受けて、割り当てられた共鳴ユニット１００のゲート１１０を開状態にすべく、当該ゲート１１０にゲート開指示信号を送る。係数発生部４０は、割り当てられた共鳴ユニット１００内のｎ個の共鳴回路１２０−１から１２０−ｎの夫々に対して、押鍵された鍵に対する音名の基音からｎ次倍音までが適切な周波数と適切な減衰時間で共鳴が起こるように、ｎ組の係数ａ１、ａ２を供給する。

この時点で、押鍵された総ての鍵に対応する総ての楽音を含むオーディオ信号が、割り当てられてゲート１１０が開状態の総ての共鳴ユニット１００のｎ個の共鳴回路１２０に入力される。このため、オーディオ信号が内部に入力された共鳴ユニット１００は、押鍵された鍵の基音および倍音に一致する成分がオーディオ信号に含まれていた場合には共鳴音が発生し、楽音に共鳴効果を付加させることができる。

そして、共鳴ユニットアサイナ９０は、押鍵されていた鍵が離鍵された場合、その鍵に割り当てられていた共鳴ユニット１００の割り当てを取消し、ゲート開閉指示部５０は、当該共鳴ユニット１００のゲート１１０にゲート閉指示信号を送る。これによってゲート１１０が閉状態となって、この共鳴ユニット１００の内部へのオーディオ信号の供給が停止される。また、係数発生部４０は、この共鳴ユニット１００のｎ個の共鳴回路１２０に対して、共鳴音が素早く減衰するように係数ａ１、ａ２を供給する。但し、割り当てが取り消された後もこの共鳴ユニット１００からの出力を継続させる。

なお、ゲート開閉指示部５０は、ペダル踏み込み量検出部２０によってダンパーペダルが踏み込まれたと判定された場合には、鍵盤の押鍵状態に係わらず総ての共鳴ユニット１００−１〜１００−ｍのゲート１１０にゲート開指示信号を送り、総てのゲート１１０を開状態とする。そして、ペダル踏み込み量検出部２０によってダンパーペダルが踏み込まれなくなったと判定された場合（ダンパーペダルが離されたと判定された場合）には、ゲート開閉指示部５０からの開閉制御信号によって、押鍵が継続されていて、かつ、割り当てが継続されている共鳴ユニット１００のゲート１１０の開状態を継続させ続けるが、割当てされていない共鳴ユニット１００のゲート１１０は閉状態とする。なお、ダンパーペダルが半分踏まれた（ペダルを離してもいないし一杯に踏み込んでもいない状態）とペダル踏み込み量検出部２０が判定した場合には、係数発生部４０は各共鳴回路の減衰時間がペダル踏み込み量に応じたものとなるように係数ａ１、ａ２を適切に供給制御する。

以上のようにして、鍵盤の鍵の総数よりも共鳴ユニット１００の数「ｍ」が少ない場合であっても、簡素な回路構成でアコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加する共鳴効果付加装置２を実現することができる。

以上のように、押鍵により発音しているピアノＰＣＭ音の入力によって、共鳴すべき鍵に対応した共鳴ユニット１００が、入力信号の周波数成分や強さおよび持続時間に応じた自然な共鳴音を発生することができる。なお、共鳴ユニットを使用した構成の代わりに、コムフィルタやリバーブを用いて共鳴効果を付加する装置を構成することも考えられるが、これらの技術には以下のような問題がある。コムフィルタを共鳴部として採用した場合には、コムフィルタの共鳴周波数がディレイループが持つ基本共鳴周波数の整数倍に固定されてしまう。しかし、ピアノの弦の音には独特のインハーモニシティがあり、弦の倍音は正確に基音の整数倍にはなっていない。これらの倍音に正確に対応し自然な共鳴音を得るためには、各倍音について１つずつ共鳴回路を対応することに利点がある。なおかつ、各倍音のレベルと共鳴の減衰時間を独自に設定できることも倍音毎の共鳴回路を用意する利点である。本発明では、弦の各倍音に対する共鳴回路の共鳴が正確に一致しているので、押鍵されて発生されたＰＣＭ音に対する共鳴音が濁ることは無い。また、リバーブを共鳴体として用いた場合には、リバーブの持つ共鳴周波数特性は、模擬しようとする弦の共鳴周波数特性の様に明確なピークを持っていないため、所望する共鳴周波数とは関係の無い周波数成分を含む入力に対しても出力を出してしまい、弦の共鳴の模倣としては不適切である。このように、本発明は、他の装置構成に比べて、アコースティックピアノの共鳴効果を一層リアルに模擬して効果付加することができる。

以上説明してきたように、本発明は、アコースティックピアノの共鳴効果をリアルに模擬して効果付加することができる共鳴効果付加装置を提供することができる。

共鳴効果付加装置１を適用した電子楽器１の構成図である。 共鳴ユニット１００の構成図である。 共鳴回路１２０の構成図である。 共鳴効果付加装置２を適用した電子楽器１の構成図である。

符号の説明

１ 共鳴効果付加装置
２ 共鳴効果付加装置
１０ 鍵盤部
２０ ペダル踏み込み量検出部
３０ 音源部
３５ 波形メモリ
４０ 係数発生部
５０ ゲート開閉指示部
６０ 共鳴倍音レベル設定部
８０ マルチチャンネルエフェクト
８５ マルチチャンネル再生装置
９０ 共鳴ユニットアサイナ
１００ 共鳴ユニット
１３０ 乗算器
１４０ 加算器
１５０ 加算器
１６０ 乗算器
１６５ 乗算器
１７０ 遅延素子
１７５ 遅延素子
１０００ 電子楽器
１００１ 電子楽器

Claims (4)

1. 供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）の発生音の夫々が加算出力されるように構成された共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力が加算されるように構成され、
   押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、押鍵状態に対応する共鳴ユニット内にのみに供給するように構成されたことを特徴とする共鳴効果付加装置。
2. 開閉制御可能なゲート部と、このゲート部が開状態の時に供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）までを発生出力するｎ個の共鳴回路と、各共鳴回路からの出力を加算出力する加算回路と、を有する共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力を加算するユニット出力加算回路を備え、更に、
   押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、押鍵された鍵に予め対応付けられている共鳴ユニット内にのみに供給するように各ゲート部の開閉制御を行うゲート開閉制御手段を構成されたことを特徴とする共鳴効果付加装置。
3. 開閉制御可能なゲート部と、このゲート部が開状態の時に供給されたオーディオ信号のｎ次倍音（ｎは１以上の整数で、ｎが１の場合は基音を意味する）までを発生出力するｎ個の共鳴回路と、各共鳴回路からの出力を加算出力する加算回路と、を有する共鳴ユニットを複数備えると共に、各共鳴ユニットの出力を加算するユニット出力加算回路を備え、
   押鍵状態に応じて生成されたオーディオ信号を、予め定めた規則にしたがって割り当てられた共鳴ユニットのみのゲート部を開状態として供給するように構成され、
   前記予め定めた規則は、
   新たに押鍵された鍵に対して既に割り当てられた共鳴ユニットがある場合には当該共鳴ユニットを割り当てる一方、過去にこの鍵に対して割り当てられた共鳴ユニットがない場合には、その時点で割り当てられておらずゲート部が最も古くから閉状態になっている共鳴ユニットを割り当てることである、ことを特徴とする共鳴効果付加装置。
4. 請求項３に記載の共鳴効果付加装置において、
   前記各共鳴回路は、２次のＩＩＲフィルタで構成されており、
   前記予め定めた規則にしたがって割り当てられそのゲート部を開状態とした共鳴ユニットの共鳴回路に対して、前記押鍵された鍵に対応するフィルタ係数を供給する係数供給手段を備えたことを特徴とする共鳴効果付加装置。

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