JP2017173606A - 電子楽器、楽音発生装置、楽音発生方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】専用のマイク等を必要とせずに、吹奏者の発声動作に基づいて人声合成音を生成し、それをノーマル楽音とミックスして出力し、より変化の富んだ楽音を発音する電子楽器を提供する。【解決手段】マウスピース内の呼気センサからのセンサ出力信号は、Ａ／Ｄ変換部により吹圧信号に変換されるとともに、人声の基本周波数よりも十分に低い直流成分付近がカットされた後にＡ／Ｄ変換部２０４を介して人声信号としてＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、吹圧信号と音高情報と音色選択情報に基づいて楽器音信号を生成する。また、音色選択情報に対応するフィルタパラメータに基づいて音声合成フィルタを構成し、音高情報に対応する音源パルス列を生成して音声合成フィルタに入力させ、生成出力された人声合成音を人声信号に基づいて制御する。ＣＰＵは、楽器音信号と人声合成音信号を混合して楽音信号を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子楽器、楽音発生装置、楽音発生方法及びプログラムに関する。

管楽器を電子技術によって実現する電子楽器において、吹奏者（演奏者）の個人差を吸収しながら、伝統的な管楽器（例えばサクソホーン）における吹奏者の息の強さや吹口部を噛む強さ等を楽音パラメータとしてその特性値に従って吹奏演奏を行なうことができる従来技術が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。

また、電子楽器において、吹奏者の舌の位置と動き、いわゆるタンギング奏法を検出して、発音中の管楽器音を制御する従来技術が知られている（例えば特許文献２又は３に記載の技術）。

特許第２６０５７６１号公報 特許第２７１２４０６号公報 特許第３３８９６１８号公報

ここで、伝統的な管楽器には、ただ吹いたりタンギングしたりするだけでなく、演奏時に「ウーーーーーッ」と実際に声を出しながら吹奏を行い、音に濁りを与える特殊奏法として「グロウル奏法」がある。

しかし、従来の電子管楽器においては、通常の管楽器の楽音であるノーマル楽音と上述のグロウリング音とは個別の音色とされ、両者は音色切り替え操作で使い分けを行う必要があった。そのため、演奏／発音中に両音色間のシームレスな音色変化を行うことができなかった。

また、従来のアコースティック管楽器においては、ノーマル楽音とグロウル奏法による特殊音との音程関係などスキルを要するものであった。
この問題を解決するには、グロウル奏法による特殊奏法音を予めメモリに記憶しておき、それを演奏に応じて必要なときにメモリから読み出す方式が考えられるが、奏法等を変更しても画一的なグロウリング音しか発音させることができない問題がある。

更に、吹奏者がマウスピースを咥えながらグロウル奏法音を発音できるようにすることも考えられるが、その場合には、マウスピースにグロウル奏法音を拾うためのマイクが必要になってしまうという問題がある。

本発明は、専用のマイク等を必要とせずに、吹奏者の発声動作に基づいて多彩な人声合成音を生成して出力することにより、より変化の富んだ楽音を発音できるようにすることを目的とする。

態様の一例では、呼気の状態を検知して検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力する音色選択出力処理と、音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力する音高出力処理と、吹奏信号と音高情報と音色選択情報とに基づいて楽器音を出力する楽器音出力処理と、音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するパルス列生成処理と、パルス列信号を、音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するフィルタ処理とを実行する処理部と、を備える。

本発明によれば、専用のマイク等を必要とせずに、吹奏者の発声動作に基づいて多彩な人声合成音を生成して出力することにより、より変化の富んだ楽音を発音することが可能となる。

実施形態におけるマウスピースの構成例を示す断面図である。 電子楽器の実施形態のハードウェア構成例を示す図である。 ＣＰＵのブロック構成例を示す図である。 第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒのブロック構成例を示す図である。 人声の音韻「う」のＦＦＴ分析の結果とフォルマントフィルタの周波数特性の例を示す図である。 人声の音韻「あ」のＦＦＴ分析の結果とフォルマントフィルタの周波数特性の例を示す図である。 パルス発生器４０２が発声する音源パルス列の時間域波形とフォルマントフィルタ４０３が生成する人声合成音信号３１０の時間域波形の関係を示す図である。 楽器音色毎に、マウスピースとグロウル時の発音の特徴、及びフォルマントフィルタが生成するのに好適な音韻の種類の対応関係を示した表である。 普通に吹いた場合のセンサ出力信号と人声信号の波形例を示す図である。 特殊奏法を意識して吹いた場合のセンサ出力信号と人声信号の波形例を示す図である。 本実施形態における波形例を示す図である。 ＣＰＵが実行する発音制御処理の例を示すフローチャートである。 管楽器の反射音の説明図である。 人声合成音信号に反射音効果を付加する機能を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明による電子楽器の一実施形態におけるマウスピースの構成例を示す断面図である。マウスピース１００は、マウスピース本体１０２と、吹き込み口１０３と、呼気センサ１０１を備える。本実施形態においては、呼気センサ１０１は、吹奏者の吹奏に伴う呼気の圧力及びその呼気の流量の少なくとも一方を検知する圧力センサである。呼気センサ１０１は、吹奏時に吹き込み口１０３から混入する唾液等により濡れてしまわないように、保護壁１０４により保護されており、穴１０５を介して流入する呼気の例えば圧力を検知する。

図２は、電子楽器２００の実施形態のハードウェア構成例を示す図である。吹奏者の吹く息は図１のマウスピース１００内の呼気センサ１０１でセンサ出力信号２０８として検出される。このセンサ出力信号２０８は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２０２によってデジタル信号に変換された後、吹圧信号２０９に変換されてＣＰＵ（中央演算処理装置）２０１に入力される。

なお、Ａ／Ｄ変換部２０２の出力側に、人声の基本周波数以上の周波数成分をカットするＡＣカット素子が配置されてもよい。或いは、Ａ／Ｄ変換部２０２の手前に、アナログ回路としてＡＣカット素子が配置されてもよい。

また、センサ出力信号２０８は、コンデンサ等のＤＣ（直流）カット素子２０３によって人声の基本周波数よりも十分に低い直流成分付近がカットされた後に、Ａ／Ｄ変換部２０４によってデジタル信号に変換されて人声信号２１０としてＣＰＵ２０１に入力される。本実施形態においては、このＡ／Ｄ変換部２０２、２０４、及びＤＣカット素子２０３（並びにＡＣカット素子）により、センサ出力信号２０８を吹奏に伴う呼気の圧力を示す吹圧信号２０９と人声による呼気の圧力を示す人声信号２１０とに分離する分離部が構成される。

操作キー２０５は、吹奏者が音高及び音色を指定するためのキーであり、吹奏者が操作キー２０５を押さえることで、音高情報２１１及び音色選択情報２１２としてＣＰＵ２０１に取り込まれて、楽器音の音高及び音色を決める要素となる。即ち、操作キー２０５は、音高出力部及び音色選択情報出力部として機能する。

ＣＰＵ２０１は、吹圧信号２０９と音高情報２１１と音色選択情報２１２に基づいて、楽器音信号を生成する。また、ＣＰＵ２０１は、音色選択情報２１２に対応するフィルタパラメータを選択し、そのフィルタパラメータに基づいて音声合成フィルタを構成し、音高情報２１１に対応するピッチ周期を有する音源パルス列を生成して音声合成フィルタに入力させ、音声合成フィルタからの出力として人声合成音を生成し、更に生成した人声合成音を人声信号２１０に基づいて制御する。そして、ＣＰＵ２０１は、楽器音信号と人声合成音信号とから楽音信号２１３を生成して出力する。

出力されたデジタルの楽音信号２１３は、Ｄ／Ａ変換部２０６によってアナログ音声信号に変換され、音響システム２０７で吹奏者達に聴こえる音量にまで増幅されて、特には図示しないスピーカから放音される。

図３は、図２のＣＰＵ２０１のブロック構成例を示す図である。ＣＰＵ２０１は、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって構成され、図３に示される各機能部分はＤＳＰのデジタル信号処理機能として実現される。なお、これらの機能部分は、プロセッサが制御プログラムを実行する通常のソフトウェア処理として実現されてもよい。

第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１（楽器音生成部）は、図２の操作キー２０５からの音高情報２１１及び音色選択情報２１２から、楽器音信号３０９を生成する。本実施形態では、第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１は、例えばパルス変調方式又は正弦波合成方式により楽器音信号３０９を生成するが、サンプリング音源であってもよい。

第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１が出力する楽器音信号３０９は、ＡＭＰ（増幅ブロック）３０４にて、吹圧信号２０９から生成された吹圧エンベロープ３１１に基づいて増幅制御された後、加算器３０６に入力される。

第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２は、音色選択情報２１２に対応するフィルタパラメータを選択し、そのフィルタパラメータに基づいて音声合成フィルタを構成し、音高情報２１１に対応するピッチ周期を有する音源パルス列を生成して音声合成フィルタに入力させ、音声合成フィルタからの出力として人声合成音信号３１０を生成して出力する。

第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２が出力する人声合成音信号３１０は、ＡＭＰ３０５にて、人声信号２１０から生成された人声エンベロープ３１２に基づいて増幅制御された後、加算器３０６に入力される。

加算器（加算部）３０６は、上述のＡＭＰ３０４から出力される楽器音信号３０９と、ＡＭＰ３０５から出力される人声合成音信号３１０を加算して混合し出力する。更に、クリップ部３０７は、加算器３０６の出力に対して吹奏者が操作キー２０５でクリッピングを指定したときに、後述するクリッピング処理を実行する。これにより、最終的な楽音信号２１３が図２のＣＰＵ２０１から出力される。

図４は、図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２（人声合成音生成部）のブロック構成例を示す図である。第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２は、演算器４０１、パルス発生器４０２、及びフォルマントフィルタ４０３を備える。更に、フォルマントフィルタ４０３は、第１フィルタ４０４、第２フィルタ４０５、及び加算器４０６から成る。

図４に示されるように、フォルマントフィルタ４０３は、第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５を備える。第１フィルタ４０４は、これから生成しようとする人声合成音信号３１０に対応する音韻の第１フォルマントで極大となるようなフィルタである。そのフィルタパラメータ（以下「第１フィルタパラメータ」と記載する）は、上記音韻の第１フォルマントに対応する周波数及び利得の組として与えられる。同様に、第２フィルタ４０５は、これから生成しようとする人声合成音信号３１０に対応する音韻の第２フォルマントで極大となるようなフィルタである。そのフィルタパラメータ（以下「第２フィルタパラメータ」と記載する）は、上記音韻の第２フォルマントに対応する周波数及び利得の組として与えられる。いま、音色選択情報２１２が入力したときに、フォルマントフィルタ４０３は、音色毎に記憶している第１フィルタパラメータ及び第２フィルタパラメータのセットのうち、入力した音色選択情報２１２に対応する第１フィルタパラメータ及び第２フィルタパラメータを選択し、第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５に設定する。

例えば、図５（ａ）は、人声の音韻「う」のＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析の結果である。図５（ａ）及び後述する図６（ａ）において、横軸は周波数（Ｈｚ：ヘルツ）であり、縦軸は振幅（ｄＢ：デシベル）である。図５（ａ）においては、４００Ｈｚの大きな山の第１フォルマントを第１フィルタ４０４で作り、それよりかなり小さい２０００Ｈｚの第２フォルマントを第２フィルタ４０５で作る。フォルマントフィルタ４０３は、第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５の各出力を加算器４０６で足し合わせることで、音韻「う」の人声合成音信号３１０を合成する。図５（ａ）のＦＦＴ分析結果に基づいて動作するフォルマントフィルタ４０３の第１フィルタ４０４と第２フィルタ４０５を合成したフィルタ特性は、図５（ｂ）に示される如くとなる。図５（ｂ）及び後述する図６（ｂ）において、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振幅（ｄＢ）である。

実際の音声では、第３フォルマント、第４フォルマント等も存在するが、効果音としての人声合成音信号３１０を作成する目的としては、第１フォルマントと第２フォルマントのみを模した第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５の２つのフィルタによる簡易演算でも十分である。これにより、第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２に要求される演算性能を抑えることができ、電子楽器２００を製造する場合にコストダウンを実現することができる。なお、フォルマントフィルタ４０３を実現するプロセッサの演算能力に余裕があれば、フォルマントフィルタ４０３の代わりに、線形予測フィルタのような高度なフィルタが用いられてもよい。その場合には、フィルタパラメータは、線形予測フィルタを構成するための音韻毎の線形予測パラメータの組とされる。

フォルマントフィルタ４０３内の第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５をデジタル信号処理として実装する場合、次数が少なくても鋭いピークを得られる共振フィルタが好適である。

図６（ａ）は、人声の音韻「あ」のＦＦＴ分析の結果である。図６（ａ）においては、１０００Ｈｚの大きな山の第１フォルマントを第１フィルタ４０４で作り、それより少し小さい１８００Ｈｚの第２フォルマントを第２フィルタ４０５で作る。第１フィルタ４０４及び第２フィルタ４０５の各出力を加算器４０６で足し合わせることで、音韻「お」の人声合成音信号３１０を合成する。図６（ａ）のＦＦＴ分析結果に基づいて動作するフォルマントフィルタ４０３の第１フィルタ４０４と第２フィルタ４０５を合成したフィルタ特性は、図６（ｂ）に示される如くとなる。

図５（ｂ）と図６（ｂ）を比較してわかるように、音韻「う」は４００Ｈｚ付近の低い周波数の振幅が大きく、音韻「あ」は低い周波数の振幅は小さい。本実施形態では、音色選択情報２１２により、即ち吹奏者により選択された楽器音により、母音「う」か「あ」の効果が大きい方のフォルマントフィルタ４０３のフィルタパラメータ（第１フィルタパラメータ＋第２フィルタパラメータ）を割り振る。

一方、図４において、パルス発生器４０２は、音高情報２１１に対応するピッチ周期を有する、例えば図７（ａ）に示されるような音源パルス列を生成して、その音源パルス列をフォルマントフィルタ４０３に入力させる。フォルマントフィルタ４０３内の第１フィルタ４０４と第２フィルタ４０５がそれぞれ、入力した音源パルス列に対してフィルタリング処理を実行し、各出力が加算器４０６で加算されることにより、図５（ａ）又は図６（ａ）に近似した周波数特性を有し、図７（ｂ）に示されるような時間域波形の人声合成音信号３１０を生成する。

ここで、パルス発生器４０２は、音高を指定する操作キー２０５から出力された音高情報２１１に対応するピッチ周波数のみによって音源パルス列のピッチ周期を決定するのではなく、演算器４０１が、音高情報２１１を、人声信号２１０から生成した人声エンベロープ３１２に基づいて変化させ、その変化後に演算器４０１から出力される音高情報が、パルス発生器４０２に入力されるようにすることができる。これにより、図３の加算器３０６が楽器音信号３０９と人声合成音信号３１０とを混合したときに、楽器音信号３０９の音高は音高情報２１１によって決定され、人声合成音信号３１０の音高は吹奏者が吹奏して得られる人声エンベロープ３１２に基づいて音高情報２１１のピッチ周波数を微妙に変化させたものによって決定されるようにできる。これにより、楽器音信号３０９と人声合成音信号３１０との間で人声エンベロープ３１２に従って微妙なうねりを生じさせることができ、出力される楽音信号２１３に、多彩な変化をつけることが可能となる。この場合、演算器４０１は、ほぼ音高情報２１１に従うが、最大で４分の１半音ほど人声エンベロープ３１２の値の大きさに比例させて、上か下かのどちらかにピッチ周波数をずらすように動作してよい。微妙にずれがある方が、出力音声に「うねり」が発生する効果を得る事ができる。ただし両者のピッチ周波数のずれが大き過ぎると、出力される楽音信号２１３において、２つの別々の音が鳴っているように聴こえてしまうので、更に演算器４０１が、吹奏者が示す音高情報２１１によりずれ具合を制御することで、人間が吹いたような雑な「うねり」を得ることが可能となる。

図８は、音色選択情報２１２として指定される楽器音色毎に、マウスピースとグロウル時の発音の特徴、及びフォルマントフィルタ４０３が生成するのに好適な音韻の種類の対応関係を示した表である。このように、音色選択情報２１２として例えば「トランペット」の音色が指定された場合には、フォルマントフィルタ４０３は、音韻「ぶ」に対応するフィルタパラメータ（第１フィルタパラメータ＋第２フィルタパラメータ）を選択すれば、トランペットが吹奏された場合におけるグロウル音を最適に再現することができる。同様に、ホルンの場合は母音「う」、クラリネットの場合は音韻「ぼ」、サックスの場合は母音「お」、フルートの場合は母音「あ」、オーボエの場合は母音「い」が好適である。

以上のようにして、第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２は、吹奏者が指定した音高の操作キー２０５から出力される音高情報２１１と、吹奏者が指定した音色の操作キー２０５から出力される音色選択情報２１２と、マウスピース１００の呼気センサ１０１から分離される人声信号２１０とに基づいて、人声合成音信号３１０を生成する。これにより、吹奏者がうまく特殊奏法音を発声できない場合であっても、それなりに吹奏者の意思を反映させることができる特殊奏法音を人声合成音信号３１０として簡単に得ることが可能となる。

以上の構成を有する電子楽器２００の実施形態の動作について、以下に説明する。まず、吹奏者が吹き込み口１０３で吹いた人声波形について説明する。図９は、吹奏者が普通に吹いた場合の図２のセンサ出力信号２０８（図９（ａ））と人声信号２１０（図９（ｂ））の波形例を示す図である。一方、図１０は、特殊奏法を意識して「ウ〜」と唸りながら吹いた場合のセンサ出力信号２０８（図１０（ａ））と人声信号２１０（図１０（ｂ））の波形例を示す図である。両図とも、縦軸は各信号の振幅波形の大きさを表し、横軸は時間を表す。図９と図１０との関係から読み取れるように、図１のマウスピース１００内に専用のマイクを設置しなくても、図２に示されるＤＣカット素子２０３とＡ／Ｄ変換器２０２を組み合わせた回路により、図１０（ｂ）に示されるように、呼気センサ１０１の波形から吹奏者が発した声に相当する人声信号２１０を検出できることがわかる。そして、ＣＰＵ２０１内のデジタル信号処理として実現される図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２が、この人声信号２１０に基づいて人声合成音信号３１０を生成することにより、吹奏者の特殊奏法の意思を反映させた人声合成音信号３１０を生成することが可能となる。

図１１は、本実施形態における波形例を示す図である。図１１（ａ）は、図３の第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１で生成される楽器音信号３０９の波形例を示す図である。前述したように、第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１は、例えばパルス変調方式により楽器音信号３０９を生成することにより、図１１（ａ）に例示されるようなパルス変調波形として、楽器音信号３０９を生成することができる。

図１１（ｂ）は、図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２で生成される人声合成音信号３１０の波形例を示す図である。第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２は、フォルマントフィルタ４０３内の第１フィルタ４０４と第２フィルタ４０５による計算結果を加算器４０６で合成することにより、図１１（ｂ）に例示されるような音韻波形を生成する。

図１１（ｃ）及び（ｄ）は、図３のクリップ部３０７での処理波形例を示す図である。クリップ部３０７は、加算器３０６が出力する波形データに対して、図１１（ｃ）に示されるように、正閾値より大きな振幅値を正閾値に置き換え、負閾値より小さな振幅値を負閾値に置き換えることにより、図１１（ｄ）に示されるような波形データを出力する。これにより、出力される楽音信号２１３に、複雑な信号成分を含まれることが可能となる。

図１２は、以上の制御動作を実現するためにＣＰＵ２０１が実行する制御動作の処理例を示す全体フローチャートである。この処理は、ＣＰＵ２０１が、特には図示しないＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等のメモリに記憶されている制御プログラムを実行する動作として実現され、図３に示される各機能部分はＤＳＰのデジタル信号処理により実現されている。ステップＳ１２０１からＳ１２１３までの一連の処理が１周する周期は、図２のＤ／Ａ変換部２０６のサンプリング周波数（４４．１キロヘルツ）であり、約２２マイクロ秒の時間を要する。

ＣＰＵ２０１はまず、音色の操作キー２０５の状態を読み取る（ステップＳ１２０１）。

次に、ＣＰＵ２０１は、音色の操作キー２０５の値から音色を決定し、音色選択情報２１２を出力する（ステップＳ１２０２）。

次に、ＣＰＵ２０１は、音高の操作キー２０５の状態を読み取る（ステップＳ１２０３）。

次に、ＣＰＵ２０１は、音色の操作キー２０５の値から音高を決定し、音高情報２１１を出力する（ステップＳ１２０４）。

次に、ＣＰＵ２０１は、呼気センサ１０１から、図２のハードウェア回路を介して、吹圧信号２０９と人声信号２１０を読み取る（ステップＳ１２０５）。

次に、ＣＰＵ２０１は、吹圧信号２０９から、吹圧エンベロープ３１１を生成する（ステップＳ１２０６）。この生成処理は例えば、吹圧信号２０９に対する移動平均処理等の適切な平滑化処理である。

次に、ＣＰＵ２０１は、前述した図３の第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０１及びＡＭＰ３０４に対応する処理を実行することにより、楽器音信号３０９を生成する（ステップＳ１２０７）。

次に、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１２０５で得た人声信号２１０から、人声エンベロープ３１２を生成する（ステップＳ１２０８）。この生成処理は、ステップＳ１２０６と同様に、例えば人声信号２１０に対する移動平均処理等の適切な平滑化処理である。

次に、ＣＰＵ２０１は、図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２内の前述した図４の演算器４０１及びパルス発生器４０２に対応する処理を実行することにより、人声エンベロープ３１２と音高情報２１１とから、音源パルス列のパルス波を作成する（ステップＳ１２０９）。

次に、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１２０９で作成した音源パルス列のパルス波を入力として、図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２内の前述した図４のフォルマントフィルタ４０３に対応する処理を実行する（ステップＳ１２１０）。この結果、ＣＰＵ２０１は、人声合成音信号３１０を生成する（ステップＳ１２１１）。

次に、ＣＰＵ２０１は、前述した図３の加算器３０６に対応する処理を実行することにより、ステップＳ１２０７で生成した楽器音信号３０９とステップＳ１２１１で生成した人声合成音信号３１０とを加算する（ステップＳ１２１２）。

更に、ＣＰＵ２０１は、前述した図３のクリップ部３０７に対応する処理を実行することにより、加算器３０６が出力する楽音信号に対して、クリッピング処理を実行する（ステップＳ１２１３）。

最後に、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１２１２のクリッピング処理の結果得られる楽音信号２１３を、デジタル音声としてＤ／Ａ変換部２０６に送信する（ステップＳ１２１４）。

以上により、ＣＰＵ２０１は、１サンプリング周期の処理を終了し、次のサンプリング周期のタイミングでステップＳ１２０１の処理に戻る。

以上説明した実施形態によれば、専用のマイク等を必要とせずに、吹奏者の発声動作に基づいて意図したように簡単に人声合成音信号３１０が楽器音信号３０９に混合された楽音信号２１３を得ることができ、より変化の富んだ楽音を発音することが可能となる。より具体的には、呼気センサ１０１で取り込んだ吹奏者の吹き圧を、直流成分と交流成分に分離して２つの要素とするので、専用のマイク等を必要とせずに呼気センサ１０１を効果的に利用することが可能となり、電子楽器２００のコストダウンに寄与できる。

また、上述した実施形態によれば、図３の第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ３０２が、図４に示した第１フィルタ４０４と第２フィルタ４０５とで構成されるフォルマントフィルタ４０３により実現される。この場合、音色選択情報２１２によって指定される１つの音色に対応するフィルタパラメータは、第１フォルマントに対応する第１フィルタパラメータ（周波数データと利得データ）と、第２フォルマントに対応する第２フィルタパラメータ（周波数データと利得データ）だけでよいため、１音色あたり合計で４つのデータを記憶するだけでよい。このため、様々な音色に対応する人声合成音信号３１０を生成するために必要なデータ容量を非常に小さくすることができ、電子楽器２００のコストダウンを図ることが可能となる。

更に、上述した実施形態によれば、電子楽器２００において、吹奏者が息を吹き出しながら声を発することで、吹奏者の声の周波数に依存させることなく、管楽器特有の特殊奏法「グロウル」を効果的に鳴らせる効果がある。また、電子楽器２００において、選択した楽器音に対応させて人声合成音を作るので、吹奏者の発した言葉に依存させることなく、管楽器特有の特殊奏法「グロウル」を効果的に鳴らせる効果がある。

以上の実施形態は、グロウル奏法のための人声合成音を作る方法であったが、電子楽器２００が出力する楽音信号２１３に生の管楽器内での声の反射を考慮した効果を反映させることのできる他の実施形態について、以下に説明する。

例えば図１３（ａ）に示されるサックスは、口に咥えるマウスピースから発した声は、管のＵ字部で一部が反射して戻って来る。そのために、マウスピースからＵ字部までの長さ１３０１（例えば５０ｃｍ）を２倍した距離を伝わった声が、マウスピースから発した声に加算される。空気中において、音が伝搬する速度は１秒間に３３３ｍほどであるから、図１３（ｂ）に示されるように、元の人声合成音１３０２に対して、３ｍｓずつ遅延する反射音成分１３０３を加算すれば、反射音をシミュレートすることができると考えられる。

そこで他の実施形態において、図３のＡＭＰ３０５が出力する人声合成音信号３１０を入力とする、図１４に示されるような遅延処理部１１００及び加算器１４０３を設ける。この遅延処理部１１００は、ディレイ部１４０１と減衰器１４０２を備える。ディレイ部１４０１は人声合成音信号３１０を例えば３ｍｓ遅延させ、減衰器１４０２はその遅延させられた信号を減衰することにより、図１３（ｂ）に示される反射音１３０３のうちの１つの反射音に対応する反射音信号を生成する。このとき、ディレイ部１４０１でのディレイ時間や減衰器１４０２での減衰量は、管楽器の種類によって異なるため、例えば図２の音色選択情報２１２に従ってこれらのパラメータが制御されるようにすることができる。このようにして、遅延処理部１１００で生成された反射音信号は、加算器１４０３において、元の人声合成音信号３１０と混合されて出力される。

以上の構成により、電子楽器２００において、人声合成音を遅延させて元の人声合成音に付加するので、管楽器特有の特殊奏法「グロウル」において、いかにも管で鳴らしたかのような効果音を得ることが可能である。

以上の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、
発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、
発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、
前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、
前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力する音色選択出力処理と、前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力する音高出力処理と、前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力する楽器音出力処理と、前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するパルス列生成処理と、前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するフィルタ処理とを実行する処理部と、
を備える電子楽器。
（付記２）
前記分離部は、前記呼気センサからのセンサ出力信号に含まれる周波数成分から前記人声の基本周波数以上の周波数成分をカットした信号を前記吹奏信号とし、前記人声の基本周波数より低い周波数成分をカットした信号を前記人声信号とする、付記１に記載の電子楽器。
（付記３）
前記処理部は、前記フィルタ処理において、記音色選択情報に対応するフィルタパラメータを取得し、前記取得されたフィルタパラメータに基づいた音声合成フィルタにより前記パルス列信号をフィルタリングして人声合成音を出力する処理を実行する、付記１または２に記載の電子楽器。
（付記４）
前記フィルタパラメータは、前記音色選択情報に対応する音韻に対応する複数のフォルマント毎に前記フォルマントの周波数及び利得の組を保持し、
前記音声合成フィルタは、前記フォルマントの周波数及び利得の組によって共振する共振フィルタを、前記複数のフォルマントに対応する数だけ備えたフォルマントフィルタである、付記３に記載の電子楽器。
（付記５）
前記音色選択情報に対応するフィルタパラメータは、当該音色選択情報に対応する音韻に対応する線形予測パラメータであり、
前記音声合成フィルタは、前記線形予測パラメータによって構成される線形予測フィルタである、付記３に記載の電子楽器。
（付記６）
前記処理部は、前記音高出力処理において、前記音高指定キーの操作状態に基づいて決定した音高情報を、前記人声信号に基づいて生成した人声エンベロープに基づいて変化させて出力する処理を実行する、付記１乃至５の何れか記載の電子楽器。
（付記７）
前記処理部は、前記人声合成音出力処理において、前記人声信号から生成された人声エンベロープに基づいて、前記人声合成音の振幅を制御する処理を実行する、付記１乃至６の何れか記載の電子楽器。
（付記８）
前記処理部はさらに、前記楽器音と前記人声合成音とを加算して楽音信号として出力する加算処理を実行する、付記１乃至７の何れかに記載の電子楽器。
（付記９）
前記処理部は、前記加算処理において、前記楽器音と前記人声合成音とを加算した後、前記加算結果を所定の閾値でクリッピングし、前記クリッピング後の信号を前記楽音信号として出力する処理を実行する、付記８に記載の電子楽器。
（付記１０）
前記処理部はさらに、前記人声合成音信号を遅延させるとともに、前記遅延後の人声合成音信号と元の前記人声信号とを加算して出力する遅延処理を実行する、付記１乃至９の何れか記載の電子楽器。
（付記１１）
呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、有する電子楽器に用いられる楽音発生方法であって、前記電子楽器が、
前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力し、
前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力し、
前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力し、
前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成し、
前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力する、楽音発生方法。
（付記１２）
呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、有する電子楽器として用いられるコンピュータに、
前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力するステップと、
前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力するステップと、
前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力するステップと、
前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するステップと、
前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するステップと、
を実行させるプログラム。
（付記１３）
呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、
発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力する音色選択出力処理と、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力する音高出力処理と、前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力する楽器音出力処理と、前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するパルス列生成処理と、前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するフィルタ処理とを実行する処理部と、
を備える楽音発生装置。

１００ マウスピース
１０１ 呼気センサ
１０２ マウスピース本体
１０３ 吹き込み口
１０４ 保護壁
１０５ 穴
２００ 電子楽器
２０１ ＣＰＵ２０１
２０２、２０４ Ａ／Ｄ変換部
２０３ ＤＣカット素子
２０５ 操作キー
２０６ Ｄ／Ａ変換部
２０７ 音響システム
２０８ センサ出力信号
２０９ 吹圧信号
２１０ 人声信号
２１１ 音高情報
２１２ 音色選択情報
２１３ 楽音信号
３０１ 第１Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
３０２ 第２Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
３０３ 演算器
３０６、４０６、１４０３ 加算器
３０７ クリップ部
３０８ 人声選択情報
３０９ 楽器音信号
３１０ 人声合成音信号
３１１ 吹圧エンベロープ
３１２ 人声エンベロープ
４０１ 演算器
４０２ パルス発生器
４０３ フォルマントフィルタ
４０４ 第１フィルタ
４０５ 第２フィルタ
１１００ 遅延処理部
１４０１ ディレイ部
１４０２ 減衰器

Claims (13)

1. 呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、
   発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、
   発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、
   前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、
   前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力する音色選択出力処理と、前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力する音高出力処理と、前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力する楽器音出力処理と、前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するパルス列生成処理と、前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するフィルタ処理とを実行する処理部と、
   を備える電子楽器。
2. 前記分離部は、前記呼気センサからのセンサ出力信号に含まれる周波数成分から前記人声の基本周波数以上の周波数成分をカットした信号を前記吹奏信号とし、前記人声の基本周波数より低い周波数成分をカットした信号を前記人声信号とする、請求項１に記載の電子楽器。
3. 前記処理部は、前記フィルタ処理において、記音色選択情報に対応するフィルタパラメータを取得し、前記取得されたフィルタパラメータに基づいた音声合成フィルタにより前記パルス列信号をフィルタリングして人声合成音を出力する処理を実行する、請求項１または２に記載の電子楽器。
4. 前記フィルタパラメータは、前記音色選択情報に対応する音韻に対応する複数のフォルマント毎に前記フォルマントの周波数及び利得の組を保持し、
   前記音声合成フィルタは、前記フォルマントの周波数及び利得の組によって共振する共振フィルタを、前記複数のフォルマントに対応する数だけ備えたフォルマントフィルタである、請求項３に記載の電子楽器。
5. 前記音色選択情報に対応するフィルタパラメータは、当該音色選択情報に対応する音韻に対応する線形予測パラメータであり、
   前記音声合成フィルタは、前記線形予測パラメータによって構成される線形予測フィルタである、請求項３に記載の電子楽器。
6. 前記処理部は、前記音高出力処理において、前記音高指定キーの操作状態に基づいて決定した音高情報を、前記人声信号に基づいて生成した人声エンベロープに基づいて変化させて出力する処理を実行する、請求項１乃至５の何れか記載の電子楽器。
7. 前記処理部は、前記人声合成音出力処理において、前記人声信号から生成された人声エンベロープに基づいて、前記人声合成音の振幅を制御する処理を実行する、請求項１乃至６の何れか記載の電子楽器。
8. 前記処理部はさらに、前記楽器音と前記人声合成音とを加算して楽音信号として出力する加算処理を実行する、請求項１乃至７の何れかに記載の電子楽器。
9. 前記処理部は、前記加算処理において、前記楽器音と前記人声合成音とを加算した後、前記加算結果を所定の閾値でクリッピングし、前記クリッピング後の信号を前記楽音信号として出力する処理を実行する、請求項８に記載の電子楽器。
10. 前記処理部はさらに、前記人声合成音信号を遅延させるとともに、前記遅延後の人声合成音信号と元の前記人声信号とを加算して出力する遅延処理を実行する、請求項１乃至９の何れか記載の電子楽器。
11. 呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、有する電子楽器に用いられる楽音発生方法であって、前記電子楽器が、
    前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力し、
    前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力し、
    前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力し、
    前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成し、
    前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力する、楽音発生方法。
12. 呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサと、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーと、発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーと、前記呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、有する電子楽器として用いられるコンピュータに、
    前記音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力するステップと、
    前記音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力するステップと、
    前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力するステップと、
    前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するステップと、
    前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するステップと、
    を実行させるプログラム。
13. 呼気の状態を検知して前記検知された呼気の状態に対応した信号を出力する呼気センサからの出力信号を、吹奏により発生する呼気の状態を示す吹奏信号と人声により発生する呼気の状態を示す人声信号とに分離する分離部と、
    発生すべき楽音の音色を指定する音色指定キーの操作状態に基づいて音色選択情報を出力する音色選択出力処理と、発生すべき楽音の音高を指定する音高指定キーの操作状態に基づいて音高情報を出力する音高出力処理と、前記吹奏信号と前記音高情報と前記音色選択情報とに基づいて楽器音を出力する楽器音出力処理と、前記音高情報に対応するピッチ周期を有するパルス列信号を生成するパルス列生成処理と、前記パルス列信号を、前記音色選択情報に対応する音声合成フィルタによりフィルタリングして人声合成音を出力するフィルタ処理とを実行する処理部と、
    を備える楽音発生装置。