JP2008033112A - 共鳴音発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リダンパー時は押鍵の衝撃音に基づく非周期共鳴音は発生させないで、倍音共鳴音だけを発生させるようにする。
【解決手段】倍音共鳴音発生部１６と非周期共鳴音発生部１７とを備え、ペダル状態判定部２４でペダル操作中に押鍵されたと判定した場合は、双方から共鳴音を発生させる。ペダル状態判定部２４で、押鍵中にペダル操作が終了したと判定した場合、制御部２５は非周期共鳴音発生部１７による非周期共鳴音波形データの読み込みを停止させ、乗算部２３の乗算係数をゼロにする。倍音共鳴音発生部１６は波形データの読み込みを続ける。押鍵中にリダンパーされたときは、レベル制御部２６は乗算部２３の乗算係数を戻して、倍音共鳴音信号を出力できるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、共鳴音発生装置に関し、特に、アコースティックピアノでダンパーペダルを操作したとき等に生じる弦共鳴音を模擬する共鳴音発生装置に関する。

アコースティックピアノでは、弦を押さえているダンパーをダンパーペダルで弦から外す操作を行い、実際に弾かれた弦だけでなく他の全ての弦を共鳴させる演奏手法がとられる。電子ピアノや電子オルガン等の電子楽器においては、このダンパーペダル操作による弦共鳴音を模擬する機能が要求される。

例えば、ダンパーペダルを操作しない通常のピアノ音と、ダンパーペダルを操作した場合の共鳴音を含むピアノ音とを録音してそれぞれの波形データを記憶し、ダンパーペダルの操作の有無に応じて波形を選択して楽音を発生する方法が行われている。

また、ダンパーペダルを操作した場合の共鳴音を含むピアノ音を録音した後、このピアノ音からピアノの倍音成分のみを除去した共鳴音成分を生成してこの波形データを記憶し、ダンパーペダルが操作された際には通常の楽音とともに共鳴音成分を発生する方法も行われている。

特開平０９−１２７９４１号公報には、基準音による共鳴音を伴う楽音から該基準音を除いた楽音の波形データを記憶する共鳴音メモリを備え、ダンパーペダルによる指示に応じて、前記共鳴音メモリから読み出された波形データの振幅を制御するようにした電子楽器が提案されている。

さらに、予め記憶した波形データをもとに楽音を発生するのではなく、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を使って共鳴回路を構成し、ダンパーペダルが操作された場合にのみ、共鳴回路を通じて共鳴音を形成する信号を出力する方法も行われている。
特開平０９−１２７９４１号公報

ダンパーペダルを使用する演奏には、ダンパーペダルを操作した後に押鍵する場合と、押鍵後にダンパーペダルを操作する場合とが考えられるが、ＤＳＰを使って共鳴回路を構成する従来技術では、押鍵後にダンパーペダルが操作された場合に十分な共鳴音が得られないという問題があった。

これに対して、本発明者等は、押鍵時のダンパーペダルの状態に応じて共鳴音波形を複数の中から選択できるようにするとともに、ダンパーペダルの操作量に応じて共鳴音系列のゲートレベルを変化させて共鳴音を発生する方法を提案している（特願２００６−０１１４７０号）。これにより、ダンパーペダルを操作してから押鍵した場合、および押鍵してからダンパーペダルを操作した場合のそれぞれに適した共鳴音を発生できる。

ところで、アコースティックピアノの演奏において、ダンパーペダルを操作してから押鍵し、大きい共鳴音を発生しているときに、押鍵したままダンパーペダルを一旦戻して再び操作するリダンパーというダンパーペダルの踏み直し技巧が知られている。このリダンパーによるダンパーペダルの踏み直し操作を行った場合、押鍵後にダンパーペダルを操作した場合と同様、小さい共鳴音が発生する。

しかし、上記先願に係る方法では、ダンパーペダルを操作してから押鍵した後にリダンパーによる踏み直し操作を行った場合には、押鍵時に大きい共鳴音が発生すると共に、リダンパーによっても再び大きい共鳴音が発生するという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、押鍵中にリダンパー操作でダンパーペダルを踏み直す操作が行われたときに適切な共鳴音を発生することができる共鳴音発生装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決し、目的を達成するための本発明は、発音指示に応答して通常音を発生する通常音発生手段と、前記発音指示に応答して、前記通常音の第１共鳴音を発生する第１共鳴音発生手段と、前記通常音の第２共鳴音を発生する第２共鳴音発生手段と、ダンパー操作子が操作されている時には前記発音指示に応答して前記第２共鳴音を発生するとともに、前記ダンパー操作子の操作が終了した時には、その時に発生している前記第２共鳴音を全て消音する第２共鳴音発生制御手段と、前記第１共鳴音および前記第２共鳴音を加算して混合共鳴音を形成する共鳴音混合手段と、前記混合共鳴音の出力を前記ダンパー操作子の操作に応じて制御するレベル制御手段と、前記通常音と前記レベルが制御された混合共鳴音とを加算する楽音混合手段とを備えている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子がオンにされた場合に乗算係数をゼロから所定値まで第１の所定時間で変化させる手段と、前記ダンパー操作子がオフにされた場合は乗算係数を所定値からゼロまで前記第１の所定時間とは異なる第２の所定時間で変化させる手段を含み、前記乗算係数を前記混合共鳴音の出力に乗算して該混合共鳴音の出力レベルを制御するように構成されている点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子の操作量に対応して乗算係数を変化させる手段を備え、前記乗算係数を前記混合共鳴音の出力に乗算して該混合共鳴音の出力レベルを制御するように構成された点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記第１共鳴音が、前記発音指示後に前記ダンパー操作子を操作した場合の共鳴音であり、前記第１共鳴音に前記第２共鳴音を加算することによって、前記発音指示に先立って前記ダンパー操作子を操作した場合の共鳴音となる点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記第１共鳴音発生手段および前記第２共鳴音発生手段が、波形データが記憶されている波形記憶手段と、該波形記憶手段から読み出した波形データに基づいて前記第１共鳴音および前記第２共鳴音をそれぞれ発生する音源手段とを備えている点に第５の特徴があり、前記波形記憶手段には、前記通常音の倍音成分から生成された前記第１共鳴音の波形データと、前記通常音の非周期成分から生成された前記第２共鳴音の波形データとが記憶されている点に第６の特徴がある。

また、本発明は、前記第２共鳴音発生制御手段が、予め設定した音または音域の通常音に対する発音指示に応答して前記第２共鳴音を発生させるように構成されている点に第７の特徴がある。

また、本発明は、前記第１共鳴音の波形データおよび前記第２共鳴音の波形データが、発音可能な通常音の倍音に対応した複数の共鳴回路を並列に接続した回路群に楽音信号を入力して得られたものである点に第８の特徴がある。

さらに、本発明は、前記共鳴回路がデジタルフィルタを有しており、そのインパルス応答が、倍音の振動波形を１自由度粘性減衰系モデルで模擬したものである点に第９の特徴がある。

第１〜第９の特徴を有する本発明によれば、ダンパー操作子が操作されている状態で、例えば、鍵盤が操作されて発音指示が発生したときには、共鳴音として第１共鳴音および第２共鳴音の双方が発音される。そして、ダンパー操作子の操作が終了したとき、第２共鳴音は全て消音される。一方、第２共鳴音は消音されないでレベル制御手段によってダンパー操作子の操作量に応じて発音される。

アコースティックピアノでは、押鍵前にダンパーペダルが操作されているときは、共鳴音には押鍵の衝撃音である非周期成分と倍音成分とを含むが、リダンパーにより押鍵状態でダンパーペダルが操作されたときは、押鍵の衝撃音による非周期成分による共鳴音が減衰している。共鳴音には、このような直接音の変化が影響を及ぼすが、本発明によれば、この影響を考慮した精度の高い共鳴音をダンパーペダルの操作タイミングに応じて発生させることができる。例えば、リダンパーが行われたときには、第１共鳴音は再び発音されることはないが、ダンパー操作子の操作量に応じて第２共鳴音は再び発音される。

特に第３の特徴によれば、ダンパー操作子の操作量に対応して混合共鳴音のレベルが精密に制御される。

また、第４の特徴を有する本発明によれば、第１共鳴音は発音指示後にダンパー操作子が操作された場合の共鳴音であり、発音指示前にダンパー操作子が操作されている状況で発音指示に応答して発音される第２共鳴音は第１共鳴音に加算されるが、リダンパーでは第２の共鳴音は発音されず、発音指示後にダンパー操作子が操作された時と同様、第１共鳴音だけが第１共鳴音に加算される。

第５および第６の特徴を有する本発明では、波形記憶手段から読み出した第１共鳴音および第２共鳴音の波形データを音源手段に入力して第１共鳴音および第２共鳴音を得ることができるので、波形記憶手段から第２共鳴音の波形データを音源手段に読み出すのを停止するだけで、第２共鳴音を容易に消音することができる。

第７の特徴によれば、第２共鳴音は予め設定した音または音域での通常音の発音指示にのみ応答して発音される。例えば、予定された高音または高音域において発生した発音指示としての押鍵では強い衝撃音を発するので、この衝撃音に対応する非周期共鳴音を第２共鳴音として発生させる状況で、リダンパー時には、この第２共鳴音を消去させることの効果は大きい。

第８の特徴によれば、共鳴回路に楽音信号を入力することによって容易に共鳴音信号を得ることができる。

第９の特徴によれば、１自由度粘性減衰系モデルのパラメータを適宜設定することにより、任意の振動波形を再現して所望の共鳴音を発生させることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る共鳴音発生装置を含む電子ピアノのハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、ＣＰＵ１は、システムバス２を介して図中に示した各部を制御する。ＲＯＭ３はＣＰＵ１において用いられるプログラムを記憶するプログラムメモリ３ａや少なくとも音色データを含む各種データを記憶するデータメモリ３ｂを有している。ＲＡＭ４はＣＰＵ１による制御において発生する各種のデータ等を一時的に記憶する。

電子ピアノには、操作パネル（以下、単に「パネル」と呼ぶ）５、ＭＩＤＩインタフェース６、およびダンパーペダル（以下、単に「ペダル」と呼ぶ）７が設けられる。パネル５は、発生すべき楽音の音色を選択する音色スイッチ５ａを含む各種状態設定のためのスイッチ等によって構成され、このパネル５から設定された情報はＣＰＵ１に供給される。ペダル７は該ペダル７の操作（踏込）状態を検出して、そのペダル情報をＣＰＵ１に供給するペダルセンサ７ａを含んでいる。ペダルセンサ７ａは、可変抵抗器であり、この可変抵抗による電圧の変動などをペダル７の踏み込み量として検出する。検出されたペダル７の踏み込み量データは、ＣＰＵ１に送られる。ＣＰＵ１は踏み込み量データを入力されると、ＲＡＭ４上に共鳴設定フラグを「１」に設定する。そして、ペダル７の踏み込みが無くなれば、踏み込み量が「０」としてＣＰＵ１に送られ、ＲＡＭ４上の共鳴設定フラグは、「０」に設定される。

鍵盤８は８８鍵からなり、各鍵にはそれぞれタッチセンサからなるキースイッチ８ａが設けられる。キースイッチ８ａは、演奏者による鍵盤８の操作を検出して、押鍵された鍵の音高を示すキーコードＫＣや、押鍵・離鍵に対応して楽音の発生・消音タイミングを指示するキーオンＫＯＮ・キーオフＫＯＦＦ、押鍵速度に対応するキータッチＫＴなどのキー情報を出力する。キースイッチ８ａから出力される情報はシステムバス２を介してＣＰＵ１に供給される。

楽音発生部９は、同時に複数の発音を行なうため時分割制御されるチャンネルを備えたトーンジェネレータからなり、複数のチャンネルすべての出力信号を累算して出力する。楽音発生部９では、押鍵操作により、いずれかのチャンネルが割り当てられ、該チャンネルにおいて押鍵操作に対応する楽音が生成される。

波形メモリ１０には、詳細を後述する３種類の楽音情報の波形データが記憶されており、楽音発生部９は、波形メモリ１０に記憶されている波形データを読み出し、該波形データに基づいて楽音信号を生成する。楽音発生部９には、波形メモリ１０から鍵操作に対応して波形データが読み出される。読出アドレスの歩進はキーコードＫＣに対応した速度で行なわれる。すなわち、キーコードＫＣに対応する読出レートで波形データが読み出される。

楽音信号は、デジタルフィルタ１１を通し、ＤＡ変換器１２でアナログ信号に変換された後、サウンドシステム１３に入力される。サウンドシステム１３は、アンプやスピーカ等から構成されており、ＤＡ変換器１２の出力信号を電子ピアノの出力として外部に発音させる。

上記電子ピアノの要部機能を説明する。アコースティックピアノでは、ダンパーペダルを操作して押鍵すると、押鍵時の衝撃音による大きい共鳴音を発生する。一方、リダンパーでは、すでに押鍵されている状態でダンパーペダル操作するので、押鍵時の衝撃音による共鳴音を含まない倍音成分による共鳴音のみが発生する。

そこで、本実施形態では、このようなアコースティックピアノの特性に応じて共鳴音を発生させるための楽音情報を２種類設定した。つまり、押鍵による直接音（以下、「通常音」と呼ぶ）の楽音情報と２種類の共鳴音情報、つまり合計３種類の楽音情報に基づいて楽音を発生させるようにした。通常音の波形データを入力されて通常音を発生する通常音発音系統と、通常音から押鍵時の衝撃音である非周期成分を除いた倍音成分のみの波形データを入力されて倍音共鳴音を発生する第１共鳴音発音系統と、非周期成分のみの波形データを入力されて非周期共鳴音を発生する第２共鳴音発音系統とを設ける。

図１は、本実施形態に係る電子ピアノの要部機能を示すブロック図である。図１において、トーンジェネレータつまり音源手段の機能として、通常音発生部１５と倍音共鳴音発生部１６と非周期共鳴音発生部１７とを設ける。通常音波形記憶部１８、倍音共鳴音波形記憶部（第１共鳴音波形記憶手段）１９、および非周期共鳴音波形記憶部（第２共鳴音波形記憶手段）２０は、波形メモリ１０に設けられ、通常楽音波形データ、倍音共鳴音波形データ、および非周期共鳴音波形データがそれぞれ格納されている。通常音発生部１５と通常音波形記憶部１８とで通常音発生手段を構成する。倍音共鳴音発生部１６と倍音共鳴音波形記憶部１９とで第１共鳴音発生手段を構成し、非周期共鳴音発生部１７と非周期共鳴音波形記憶部２０とで第２共鳴音発生手段を構成する。ダンパーペダルを操作してから押鍵したときのアコースティックピアノの共鳴音のうち、倍音成分からなるものを「倍音共鳴音」、アコースティックピアノの共鳴音から倍音成分を除去したものを「非周期共鳴音」と呼ぶ。

通常音発生部１５は、通常音波形記憶部１８から読み出された通常音波形データに基づいて通常楽音の楽音信号（以下、「通常楽音信号」という）を発生する。通常楽音信号は第１加算部２１に入力される。倍音共鳴音発生部１６は、倍音共鳴音波形記憶部１９から読み出された倍音共鳴音波形データに基づいて倍音共鳴音の楽音信号（以下、「倍音共鳴音信号」という）を発生する。非周期共鳴音発生部１７は、非周期共鳴音波形記憶部２０から読み出された波形データに基づいて非周期共鳴音の楽音信号（以下、「非周期共鳴音信号」という）を発生する。倍音共鳴音信号および非周期共鳴音信号は共鳴音混合手段としての第２加算部２２に入力される。

第２加算部２２は倍音共鳴音信号と非周期共鳴音信号とを合成して出力する。第２加算部２２で合成された楽音信号（以下、「合成共鳴音信号」という）は、乗算部２３でレベル変化され、第１加算部２１に入力される。第１加算部２１は、レベル変化された合成共鳴音信号と通常楽音信号とを加算合成して合成楽音信号として出力する。合成楽音信号は前記デジタルフィルタ１１に入力される。

ペダル状態判定部２４は、鍵盤センサつまりキースイッチ８ａがオンのときのペダルセンサ７ａのオン・オフ状態を判定し、判定信号を非周期共鳴音発生制御部（第２共鳴音発生制御手段）２５に入力する。非周期共鳴音発生制御部２５は、判定信号に従って非周期共鳴音発生部１７を制御する。

キースイッチ８ａのキーオンＫＯＮは、通常音波形記憶部１８、倍音共鳴音波形記憶部１９、および非周期共鳴音波形記憶部２０に入力される。

レベル制御部２６は、ペダルセンサ７ａの出力に応じた乗算係数を乗算部２３に入力する。該乗算係数はペダル７の踏み込み量に対応して「０」から「１．０」まで変化する値である。

なお、レベル制御部２６は、ペダル７の踏み込み量に対応した乗算係数を出力するものに限らず、ペダル７の踏み込みがあったとき（ペダルオンのとき）に乗算係数を「０」から「１．０」へ切り換え、ペダル７の踏み込みがなくなったとき（ペダルオフのとき）に、乗算係数を「１．０」から「０」に切り換えるものとしてもよい。

また、レベル制御部２６は、ペダル７の踏み込みがあったときに所定時間をかけて乗算係数を「０」から「１．０」に変化させる一方で、ペダル７の踏み込みがなくなったときに、前記所定時間とは異なる時間をかけて乗算係数を「１．９」から「０」に変化させるように構成してもよい。

レベル制御部２６を、ペダル７のオン・オフに応答して「１．０」および「０」の間で切り換えを行ったり、所定時間かけて乗算係数を変化させるようにする場合は、レベル制御部２６には、ペダルセンサ７ａからの検出信号に代えてペダル状態判定部２４からペダル７のオン・オフ状態判定結果を入力するようにする（図１点線矢印参照）。

通常音波形記憶部１８には、鍵盤８に設けられる全ての鍵に対応して通常音波形データが予め記憶される。倍音共鳴音波形記憶部１９および非周期共鳴音波形記憶部２０には、鍵盤８に設けられる全ての鍵に対応して記憶されている通常音波形データによる通常音毎に対応した倍音共鳴音波形データおよび非周期共鳴音波形データが予めそれぞれ記憶される。

なお、特定の鍵または特定の鍵域の鍵がオン操作された場合のみ非周期共鳴音を発音することができるようにしてもよい。例えば、直接音のレベルが大きい高音域でのみ非周期共鳴音を発音するようにすることができる。

上記構成において、キースイッチ８ａがキーオンを検出すると、通常音波形記憶部１８、倍音共鳴音波形記憶部１９から、通常音発生部１５および倍音共鳴音発生部１６へそれぞれの波形データの読み出しが開始される。また、キーオンの検出時にペダル７がオンの場合には、非周期共鳴音波形記憶部２０から非周期共鳴音発生部１７へも波形データの読み出しが開始される。乗算部２３は、ペダル７の踏み込み量に応じて合成共鳴音信号のレベルを変化させる。レベル制御部２６は、踏み込みが大きければレベルを最大値に、踏み込み量が小さければ、レベルを最大値から絞るように乗算部２３の乗算係数を制御する。

押鍵中にペダル７の操作が終了すると（ペダルスイッチオフ）、非周期共鳴音発生制御部２５は、非周期共鳴音発生部１７に非周期共鳴音信号の出力を停止させる停止命令を発する。この停止命令に応答して非周期共鳴音発生部１７への非周期共鳴音波形データの読み込みが停止される。

一方、倍音共鳴音波形データの読み出しは停止されていないので、一旦オフにされたペダル７がオンに戻されると、乗算部２３に入力される乗算係数が「０」から増大し、倍音共鳴音信号は第１加算部２１に入力される。したがって、押鍵中にリダンパーによりペダル７を踏み直すと、非周期共鳴音は消音されたままであるが、倍音共鳴音は、押鍵開始からの時間に応じた減衰速度で変化するエンベロープに応じた音を発生開始する。

図３は、通常音信号および共鳴音信号の変化を示すタイミングチャートである。図３（ｂ）に示すようにタイミングｔ１でペダル７が踏み込まれてペダルスイッチ７ａがオンになっている状態で、タイミングｔ２で押鍵されてキースイッチ８ａがオンなると（図３（ａ））、通常音、倍音共鳴音、および非周期共鳴音の各波形データが読み出される（図３（ｃ），（ｄ），（ｅ））。そして、これらの波形データに基づいて通常音信号、倍音共鳴音信号、および非周期共鳴音信号が出力される（図３（ｆ）、（ｇ）、（ｈ））。さらに、倍音共鳴音信号と非周期共鳴音信号の合成共鳴音信号は、図３（ｉ）に示すように出力され、合成楽音信号は図３（ｊ）に示すように出力される。

タイミングｔ３でペダル７をオフにするとペダルスイッチ７ａの出力はオフになる（図３（ｂ））。そうすると、非周期共鳴音信号は図３（ｈ）に示すようにタイミングｔ３で停止される。倍音共鳴音信号は図３（ｇ）に示すようにタイミングｔ３で出力停止されないが、ペダルスイッチ７ａがオフになったので、乗算部２３でレベルが最小に変化させられるので、合成共鳴音信号はタイミングｔ３でオフになる。その後タイミングｔ４でペダル７が踏み直され、ペダルスイッチ７ａがオンになると、倍音共鳴音信号は出力可能になり、倍音共鳴音信号（図３（ｇ））のみが合成共鳴音信号として出力される（図３（ｉ））。

タイミングｔ５でキースイッチ８ａおよびペダルスイッチ７ａがオフになると通常音の波形データは所定の減衰エンベロープで減衰し、これに伴い、倍音共鳴音および非周期共鳴音の波形データも減衰する。

この図から理解できるように、押鍵前にペダル７がオンになっていれば、押鍵時に非周期共鳴音を含む大きな合成共鳴音を発生させ、押鍵中にペダル７がオンになったときは、押鍵時の打弦衝撃音による非周期共鳴音を含まない小さな合成共鳴音を発生させることができる。

図４は、電子ピアノの全体処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＣＰＵ１、ＲＡＭ４、音源ＬＳＩ（ＤＳＰ）等を初期化する。ステップＳ２では、パネル５のスイッチ等の状態を読み込んで対応の処理を行うパネルイベント処理を行う。ステップＳ３では、キースイッチ８ａの出力に基づいて通常音の楽音信号を発生する鍵盤イベント処理を実行する。鍵盤イベント処理にはキータッチＫＴに応じたエンベロープの設定も含まれる。

ステップＳ４では、ペダルセンサ７ａの出力に対応したペダルイベント処理が行われる。なお、ペダルイベント処理には、ペダル（ダンパーペダル）以外のペダルの処理を含むことができる。ステップＳ５では、その他の処理が行われる。

図５は、鍵盤イベント処理（ステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ３０ではキーオンＫＯＮの有無により鍵盤８のオンイベントの有無つまり押鍵の有無を判断する。オンイベントならばステップＳ３１に進み、キー情報に応じて通常音波形記憶部１８から通常音波形データを読み出して楽音発生部９内の音源ＬＳＩに入力し、この波形データに基づいて通常音信号を生成して通常音を発音させる。ステップＳ３２では、倍音共鳴音波形記憶部１９から倍音共鳴音波形データを読み出して音源ＬＳＩに入力し、この波形データに基づいて倍音共鳴音信号を生成して倍音共鳴音を発音させる。

ステップＳ３３では、ペダル７がオン操作されているか、つまりペダルセンサ７ａの出力がペダルオン基準値以上か否かを判断する。ペダル７が操作されていれば押鍵前にペダル操作されているので、ステップＳ３４に進んで非周期共鳴音波形記憶部２０から非周期共鳴音波形データを読み出して音源ＬＳＩに入力し、この非周期共鳴音波形データに基づいて非周期共鳴音信号を生成し、非周期共鳴音を発音させる。ペダル７がオン操作されていなければ、ステップＳ３３は否定となり、ステップＳ３４はスキップしてメインフローに戻る。

一方、ステップＳ３０でオンイベントと判断されなかった場合は、ステップＳ３５に進み、キーオフＫＯＦＦの有無により鍵盤８のオフイベントの有無つまり離鍵の有無を判断する。オフイベントならばステップＳ３６に進み、ペダル７が操作されているか否かを判断する。ペダル７がオン操作されていれば、メインフローに戻る。つまり消音処理を行わないので、発音中の音は維持される。ペダル７がオン操作されていなければ、ステップＳ３７に進んで所定の減衰速度で減衰させて通常音の消音処理を行う。同様に、ステップＳ３８では、倍音共鳴音の、ステップＳ３９では、非周期共鳴音の消音処理を行う。

図６は、ペダルイベント処理（ステップＳ４）の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ４０では、ペダル７がオン操作されたか否か、つまりペダルセンサ７ａの出力がゼロから変化したか否かを判断する。ペダル７が操作されたのであればステップＳ４１に進み、ペダルセンサ７ａの出力値に応じた乗算係数を乗算部２３に入力して共鳴音系列のゲートレベルを増加させる。

ペダル７がオン操作されたのでなければ、ステップＳ４２に進んでペダル７がオフ操作されたか否か、つまりペダルセンサ７ａの出力がゼロに下がったか否かを判断する。ペダル７がオフ操作されたのであれば、ステップＳ４３で乗算係数をゼロにして共鳴音系列のゲートレベルをゼロまで低下させる。続いて、ステップＳ４４に進み、発音中の全ての非周期共鳴音信号の消音処理を行う。

ペダル７のオフ操作でなければ、ステップＳ４２からステップＳ４５に移行し、ペダル７以外のペダルが操作されたか否かが判断される。ステップＳ４５が肯定であれば、ステップＳ４６で、操作されたその他のペダルに応じた所定の処理を行う。

続いて、倍音共鳴音および非周期共鳴音の波形データの作成例を説明する。図７は、共鳴音発生装置の要部構成を示すブロック図である。共鳴音発生装置は、音名毎に、各音名の楽音を構成するｎ個の倍音の周波数に相当する共振周波数を発生するｎ個のフィルタ回路を備える。図７は音名Ａ０およびＢ０に対応する部分を示す。共鳴回路３５は、Ａ０の基音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＡ０−１と、ｎ個の倍音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＡ０−２〜ＦＡ０−ｎとを有する。同様に共鳴回路３６は、Ｂ０の基音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＢ０−１と、ｎ個の倍音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＢ０−２〜ＦＢ０−ｎとを有する。加算器３７，３８は共鳴回路３５および共鳴回路３６の出力をそれぞれ合成する。さらに、加算器３９は、共鳴回路３５，３６を含む、全ての音名に対応して設けられる図示しない共鳴回路の出力を合成する。

なお、共鳴音は全ての音名（つまり鍵盤８の全ての鍵）に対応して作成するのがよいが、必ずしも鍵盤８の全ての鍵に対応して作成しなくてもよい。例えば、アコースティックピアノにおいては、ダンパーペダルによって制動を受ける音名が、Ａ０〜Ｆ６までの６９鍵である。この６９鍵以外の鍵では共鳴効果が少ないので、共鳴音を作成しなくてもよい。

また、上述したように、作成した非周期共鳴音波形データは、特定の音または特定の高音域の音の発音指示（押鍵）にのみ応答して読み出されるようにするのがよい。

図７の構成において、倍音共鳴音の波形データを作成する場合は、録音した通常音から抽出された倍音成分を共鳴音発生装置の入力データとする。また、非周期共鳴音の波形データを作成する場合は、録音した通常音から抽出された非周期成分を共鳴音発生装置の入力データとする。

例えば、通常音の倍音成分が入力されると、共鳴回路３５の各フィルタが入力された倍音成分に応答して基音および共鳴楽音情報を出力する。但し、Ａ０の通常音の波形データに対して共鳴回路３５のみが応答するのではなく、Ａ０の基音および各倍音周波数と同じ共振周波数か、これらから少しずれた共振周波数を有する、他の音名用のフィルタも応答して共鳴楽音情報を出力する。例えば、Ａ４の基音（４４０Ｈｚ）に近似するＡ３の第２倍音（４４１Ｈｚ）のフィルタ特性を持つフィルタからも共鳴楽音情報が出力される。応答した全てのフィルタから出力された共鳴楽音情報は加算器３９で合成されて倍音共鳴音の波形データが出力される。この波形データを波形メモリ１０に予め格納しておく。同様に、非周期成分に関しても波形データを作成し、波形メモリ１０に予め格納する。

共鳴回路の各フィルタ回路としては、ＩＩＲフィルタを用いるのが好適であり、各入力周波数に応答して急峻に出力が立ち上がる特性に設計される。つまり、フィルタのインパルス応答は、倍音成分および非周期成分の振動波形を模擬するものであって、１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとする。１自由度粘性減衰系モデルのため、質量、減衰固有振動数、および減衰率をモデルパラメータとし、これに基づいて１自由度粘性減衰系モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数とを求める。さらに前記運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得る。そして、この伝達関数式に粘性係数、剛性係数および質量を代入し、双一次変換を行ってｚ表現のフィルタ係数を求める。

前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数としてフィルタ係数を求める。

１つのフィルタは、倍音成分および非周期成分の時間変動を模擬するように設計されるが、共振周波数や振幅の時間変動を十分に模擬すると回路規模が大きくなりすぎるので、概略模擬できるものとする。

１自由度粘性減衰系モデルによる振動波形の模擬に関しては、特開２００６−４７４５１号公報に詳細に記載されている公知の手法を適用することができるので、詳細な説明は省略する。

なお、倍音共鳴音や非周期共鳴音の波形データは、上記１自由度粘性減衰系モデルで模擬するのに限らない。要は、予め作成した倍音共鳴音および非周期共鳴音の波形データのうち、非周期共鳴音の波形データの読み出しまたは該波形データに基づく非周期共鳴音信号の発生を、ペダル踏み直しの際には停止するように構成してあればよい。一般的には、２種類の共鳴音波形データでそれぞれ生成した共鳴音を混合して出力する装置において、ペダルの踏み直しが発生した場合は、一方の共鳴音波形データによる楽音信号の発生を停止させるように構成する。

また、ペダル７の踏み込み量に応じて、乗算部２３で合成共鳴音信号のレベルを制御するようにしたが、同様に、通常音発生部１５と第１加算部２１との間に第２の乗算部を設け、ペダル７の踏み込みに応じて通常音のレベルを変化させるようにすることもできる。例えば、ペダル７のオン操作に応答して通常音信号のレベルを低下させることができる。

さらに、ペダル状態判定部２４の判定結果に応じて倍音共鳴音信号のレベルを制御する第３の乗算部を倍音共鳴音発生部１６および第２加算部２２の間に設けてもよい。この第３の乗算部を制御し、ペダル７がオフ操作された後、時間経過に応じて倍音共鳴音信号のレベルを低下させ、再度ペダル７がオン操作された場合は、その時点のレベルで倍音共鳴音信号を出力する。これにより、音源に設定されている倍音共鳴音信号の減衰速度に従ってレベルが低下されるのに加えて、倍音共鳴音信号のレベルの減衰を早める効果を与えることができる。アコースティックピアノではダンパーペダルを踏み直したときに共鳴音が低減するので、この効果を模擬するのに好適である。

なお、上記各実施形態では共鳴音発生装置を適用した電子楽器の例として電子ピアノを挙げて説明しているが、本発明は電子ピアノにのみ限定されるものではなく、他の楽器でも、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、同様な構成を取ることは可能である。

本発明の第１実施形態に係る共鳴音発生装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る共鳴音発生装置のハード構成部分を示すブロック図である。 通常音信号および共鳴音信号の変化を示すタイミングチャートである。 共鳴音発生装置のメイン処理を示すフローチャートである。 鍵盤イベント処理を示すフローチャートである。 ペダルイベント処理を示すフローチャートである。 共鳴音発生部の要部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ、 ７…ダンパーペダル、 ７ａ…ペダルセンサ、 ８…鍵盤、 ８ａ…キーススイッチ、 １０…波形メモリ、 １１…デジタルフィルタ、 １５…通常音発生部、 １６…倍音共鳴音発生部、 １７…非周期共鳴音発生部、 １８…通常音波形記憶部、 １９…倍音波形記憶部、 ２０…非周期共鳴音波形記憶部、 ２４…ペダル状態判定部、 ２５…非周期共鳴音発生制御部、 ２６…レベル制御部

Claims (9)

1. 発音指示に応答して通常音を発生する通常音発生手段と、
   前記発音指示に応答して前記通常音の第１共鳴音を発生する第１共鳴音発生手段と、
   前記通常音の第２共鳴音を発生する第２共鳴音発生手段と、
   ダンパー操作子が操作されている時には前記発音指示に応答して前記第２共鳴音を発生するとともに、前記ダンパー操作子の操作が終了した時には、その時に発生している前記第２共鳴音を全て消音する第２共鳴音発生制御手段と、
   前記第１共鳴音および前記第２共鳴音を加算して混合共鳴音を形成する共鳴音混合手段と、
   前記混合共鳴音の出力を前記ダンパー操作子の操作に応じて制御するレベル制御手段と、
   前記通常音と前記レベルが制御された混合共鳴音とを加算する楽音混合手段とを備えていることを特徴とする共鳴音発生装置。
2. 前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子がオンにされた場合に乗算係数をゼロから所定値まで第１の所定時間で変化させる手段と、前記ダンパー操作子がオフにされた場合は乗算係数を所定値からゼロまで前記第１の所定時間とは異なる第２の所定時間で変化させる手段を含み、
   前記乗算係数を前記混合共鳴音の出力に乗算して該混合共鳴音の出力レベルを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の共鳴音発生装置。
3. 前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子の操作量に対応して乗算係数を変化させる手段を備え、
   前記乗算係数を前記混合共鳴音の出力に乗算して該混合共鳴音の出力レベルを制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の共鳴音発生装置。
4. 前記第１共鳴音が、前記発音指示後に前記ダンパー操作子を操作した場合の共鳴音であり、
   前記第２共鳴音は、前記発音指示に先立って前記ダンパー操作子を操作した場合の共鳴音となる、前記第１共鳴音に加算される共鳴音であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
5. 前記第１共鳴音発生手段および前記第２共鳴音発生手段が、波形データが記憶された波形記憶手段と、該波形記憶手段から読み出した波形データに基づいて前記第１共鳴音および前記第２共鳴音をそれぞれ発生する音源手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
6. 前記波形記憶手段には、前記通常音の倍音成分から生成された前記第１共鳴音の波形データと、前記通常音の非周期成分から生成された前記第２共鳴音の波形データとが記憶されていることを特徴とする請求項５記載の共鳴音発生装置。
7. 前記第２共鳴音発生制御手段が、予め設定した音または音域の通常音に対する発音指示に応答して前記第２共鳴音を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
8. 前記第１共鳴音の波形データおよび前記第２共鳴音の波形データが、発音可能な通常音の倍音に対応した複数の共鳴回路を並列に接続した回路群に楽音信号を入力して得られたものであることを特徴とする請求項６または７記載の共鳴音発生装置。
9. 前記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、そのインパルス応答が、倍音の振動波形を１自由度粘性減衰系モデルで模擬したものであり、
   前記デジタルフィルタで使用されるフィルタ係数が、
   １自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータとして質量、減衰固有振動数、および減衰率を与えて、該モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
   前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
   前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求めることによって決定されることを特徴とする請求項８記載の共鳴音発生装置。
   

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