JP2020056977A - 電子楽器、楽音発生方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】回路規模を大きくすることなく、リアルな音質の楽音を発生させる。【解決手段】ノートナンバーを含む演奏操作情報をノートイベント処理部31で受け付け、受け付けた演奏操作情報に基づく楽音波形情報を波形読出し部32、波形メモリ34により取得し、取得した楽音波形情報を励振信号として、発生する楽音のノートナンバーに応じた遅延時間を持つ信号遅延を含む信号循環回路36〜41により楽音信号を発生する楽音発生処理とを実行する。【選択図】 図２

Description

本発明は、電子楽器、楽音発生方法及びプログラムに関する。
アコースティックピアノの離鍵弦振動音および筐体共鳴音を模擬する楽音発生装置を提供するための技術が提案されている。（例えば、特許文献１）
特開２０１１−１５４３９４号公報
ＰＣＭ音源において、メモリから読出した短い波形データを励振信号として、ディレイループ回路で循環的に適宜減衰を与えながら処理して、所望の長さの楽音を発生させる構成を採ることで、メモリの容量も含めて回路構成を簡略化することが可能な技術が知られている。
この種のＰＣＭ音源においては、励振信号としてどのような波形データを用いるかが確立されておらず、また励振信号に相当する物理的なモデルを構築するに当たっても、多くのパラメータ設定が必要とされるなど、所望されるようなリアルな音質の楽音を得るまでには至っていない。
本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回路規模を大きくすることなく、リアルな音質の楽音を発生させることが可能な電子楽器、楽音発生方法及びプログラムを提供することにある。
本発明の一態様に係る電子楽器は、或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、を実行する。
本発明によれば、回路規模を大きくすることなく、リアルな音質の楽音を発生させることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る電子鍵盤楽器の基本的なハードウェア回路の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る音源回路の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る音源回路の他の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る波形メモリに格納される励振信号用の８８鍵分の波形データを例示する図。 同実施形態に係る波形読出し部と窓掛け処理部の回路構成を示すブロック図。 同実施形態に係る図２及び図３の非線形特性処理部の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る録音、収集された、或る鍵における音の強さ（ベロシティ値）の異なる楽音波形を例示する図である。 同実施形態に係る波形データに前処理として施される正規化処理の過程を例示する図。 同実施形態に係る強弱波形の加算合成から励振信号を生成する方法を例示する図。 同実施形態に係るベロシティ値に応じて波形メモリの読出しアドレスを変化させる過程を例示する図。 同実施形態に係る波長（ピッチ）に応じた窓関数の関係を例示する図。 同実施形態に係る非線形特性処理部での減衰特性の例を示す図。 同実施形態に係るノートオフ時のダンパエンベロープジェネレータによるダンパ変位信号とリリースされる波形のエンベロープを示す図。 同実施形態に係る離鍵時の周波数スペクトラム特性の分布変化を例示する図。
以下、本発明を電子鍵盤楽器に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、同実施形態に係る電子鍵盤楽器１０の基本的なハードウェア回路の構成を示すブロック図である。同図で、演奏操作子である鍵盤部１１での操作に応じた、ノートナンバー（音高情報）と音量情報としてのベロシティ値（押鍵速度）とを含む操作信号が、ＬＳＩ１２のＣＰＵ１２Ａに入力される。
ＬＳＩ１２は、バスＢを介してＣＰＵ１２Ａ、ＲＯＭ１２Ｂ、音源１２Ｃ、Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）１２Ｄを接続している。
ＣＰＵ１２Ａは、電子鍵盤楽器１０全体の動作を制御する。ＲＯＭ１２Ｂは、ＣＰＵ１２Ａが実行する動作プログラムや演奏のための励振信号用波形データ等を記憶する。ＣＰＵ１２Ａは、演奏動作時に音源１２Ｃに対して、ノートナンバーやベロシティ値などのパラメータを与える。
音源１２Ｃは、ＣＰＵ１２Ａから与えられたパラメータに応じて、ＲＯＭ１２Ｂから必要な励振信号用波形データに基づく部分データを読出し、信号処理によって楽音信号を生成し、生成した楽音信号をＤ／Ａ変換部１２Ｄへ出力する。
Ｄ／Ａ変換部１２Ｄは、楽音信号をアナログ化してアンプ１３へ出力する。アンプ１３で増幅されたアナログの楽音信号により、スピーカ１４が楽音を拡声放音する。
図２は、主として音源１２Ｃの詳細な回路構成を示すブロック図である。同図は、後述するノートイベント処理部３１、波形メモリ３４、加算器４４を除いて、図中にIIで示す範囲が鍵盤に含まれる１鍵に相当する。この電子鍵盤楽器１０では、鍵盤部１１に８８鍵あるものとして、同様の回路が８８鍵分設けられる。
また電子鍵盤楽器１０では、実際のアコースティックピアノに準じて、１鍵当たりで１本（最低音域）、２本（低音域）または３本（中音域以上）の弦モデルの信号循環回路を有するものとする。図２では、３本の弦モデルの信号循環回路を有する鍵用の回路IIを抽出して示している。
前記鍵盤部１１での鍵の操作に応じたノートオン／オフ信号が、ＣＰＵ１２Ａからノートイベント処理部３１に入力される。
ノートイベント処理部３１は、操作された鍵に応じて、発音開始（ノートオン）時のノートナンバーとベロシティ値の各情報を波形読出し部３２及び窓掛け処理部３３に送出するとともに、各弦モデルのゲートアンプ３５Ａ〜３５Ｃにノートオン信号とベロシティ値に応じた乗数とを送出する。
さらにノートイベント処理部３１は、ダンパエンベロープジェネレータ（ＥＧ）４２に対してノートオン／オフ信号とベロシティ値信号とを送出する。
波形読出し部３２は、ノートナンバーとベロシティ値の情報とに応じた読出しアドレスを発生して、波形メモリ３４から励振信号としての波形データを読出す。
図４は、波形メモリ３４に格納されている、励振信号用の８８鍵分の励振信号用波形データを例示するものである。Ｗａｖｅ（０）が最低音の波形データ、Ｗａｖｅ（８７）が最高音の波形データである。同一波長数分だけ波形データを格納するのに際し、低音の方が波長が長いため、高いノートナンバーに対応する波形データよりも低いノートナンバーに対応する波形データの方が、波形データが長くなり、メモリにおける占有領域が大きくなる。
発音する音高にしたがって、この８８音の励振信号用波形データのどれかの先頭アドレスに、発音のベロシティ値に応じて各Ｗａｖｅ（ｎ）内でオフセットした値が加算されたアドレス値が、オフセットアドレスとして与えられる。
波形読出し部３２は、波形メモリ３４から読出した部分データを窓掛け処理部３３へ出力する。
窓掛け処理部３３は、ノートナンバー情報から当該ノートナンバーに応じた音高の波長に対応した時間幅で窓掛け（窓関数）処理を実行し、窓掛け処理後の波形データをゲートアンプ３５Ａ〜３５Ｃへ送出する。
以下、３本の弦モデルの信号循環回路の１つ、例えば最上段のゲートアンプ３５Ａの後段側を例にとって説明する。
ゲートアンプ３５Ａにおいて、窓掛け処理後の波形データに対し、ベロシティ値に応じた乗数での増幅処理を施し、処理後の波形データを加算器３６Ａへ出力する。この加算器３６Ａにはまた、後述する非線形特性処理部４１Ａの出力する、ダンパの変位に応じた減衰が与えられた波形データが帰還入力されており、その加算出力がディレイ回路３７Ａに送られる。
ディレイ回路３７Ａは、アコースティックピアノにおいて、当該弦が振動した際に出力される音の１波長の整数部に応じた値（例えば、高音の鍵に対応している場合は２０、低音の鍵に対応している場合は２０００といった整数値）として、弦長ディレイＰＴ0_ｒ[ｎ]が設定されており、その弦長ディレイＰＴ0_ｆ[ｎ]分だけ波形データを遅延して、後段のオールパスフィルタ（ＡＰＦ）３８Ａへ出力する。
オールパスフィルタ３８Ａは、当該１波長の小数部に応じた値として、弦長ディレイＰＴ0_ｆ[ｎ]が設定されており、その弦長ディレイＰＴ0_ｆ[ｎ]分だけ波形データを遅延して、後段のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３９Ａへ出力する。つまり、ディレイ回路３７Ａ（〜３７Ｃ）及びオールパスフィルタ３８Ａ（〜３８Ｃ）により、入力されたノートナンバー情報（音高情報）に応じて決定されている時間（１波長分の時間）、遅延される。
ローパスフィルタ３９Ａは、その弦長の周波数に対して設定された広域減衰用のカットオフ周波数Ｆｃ[ｎ]より低域側の波形データを通過させて、減衰アンプ４０Ａへ出力する。
減衰アンプ４０Ａは、ダンパ変位に関係ない通常の減衰処理を行ない、減衰後の波形データを非線形特性処理部４１Ａへ出力する。
非線形特性処理部４１Ａは、ダンパエンベロープジェネレータ（ＥＧ）４２から与えられるダンパ変位の情報に基づいてノートオフ（消音化を含む弱音化指示）後の波形データを減衰させ、減衰後の波形データを前述したように加算器３６Ａに出力すると共に、加算器４３へも出力する。
加算器４３は、非線形特性処理部４１Ａの出力する波形データと、同様に励振信号の循環回路を構成する他の２系統の弦モデルの非線形特性処理部４１Ｂ，４１Ｃの出力する波形データとを加算処理し、その和を当該鍵の操作に応じた楽音信号として、加算器４４に出力する。
加算器４４では、押されている各鍵それぞれに応じた楽音信号を加算し、その和を次段のＤ／Ａ変換部１２Ｄへ出力する。
図３は、前記図２の回路構成に代えて、主として音源１２Ｃの詳細な他の回路構成を示すブロック図である。この図３においては、各弦モデルの信号循環回路において、減衰アンプ４０Ａ（〜４０Ｃ）の出力する自然減衰後の波形データを、非線形特性処理部４１Ａ（〜４１Ｃ）へ出力すると共に、加算器３６Ａ（〜３６Ｃ）に直接帰還させる循環回路としている。
このように、循環する弦モデルの閉ループ回路中にあえて非線形特性処理部４１Ａ（〜４１Ｃ）を含めないことによって、ダンパ変位の量に応じて作用する非線形特性処理部４１Ａ（〜４１Ｃ）による、ダンパによる減衰が閉ループ回路により過剰にかかることなく、閉ループ内の減衰乗算器としての乗数を離鍵時に適切な値に設定して、処理を安定化することができる。
加えて、図３に示したようにダンパによる減衰を閉ループ回路外に設けることで、例えばエレキギターなどのように、特に弦の振動をピックアップした音を出力するような楽器の楽音を再現する場合に好適となる。
一方で、図２に示したようにダンパによる減衰を閉ループ回路内に設けるものとした場合、例えばアコースティックピアノなどのように、特に弦の振動を直接出力するような楽器の楽音を再現する場合に好適となる。
本実施形態では採用しないが、前記ダンパによる減衰を閉ループ回路内に設ける場合を第１モード、ダンパによる減衰を閉ループ回路外に設ける場合を第２モードとして、ユーザの任意のモード切換え操作により選択可能な電子鍵盤楽器としても良い。
図５は、波形読出し部３２と窓掛け処理部３３の回路構成を示すブロック図である。
鍵盤部１１での押鍵があった場合、発音すべきノートナンバーとベロシティ値とに応じた先頭アドレスを示すオフセットアドレスが、オフセットアドレスレジスタ５１に保持される。このオフセットアドレスレジスタ５１の保持内容が加算器５２に出力される。
一方、発音初期時にリセットされて「０（ゼロ）」となるカレントアドレスカウンタ５３のカウント値が、加算器５２、補間部５６、加算器５５、窓掛け部５７に出力される。
カレントアドレスカウンタ５３は、励振信号の再生ピッチを保持するピッチレジスタ５４の保持値と、自身のカウント値とが加算器５５で加算された結果により、順次カウント値を増加させるカウンタとなる。
ピッチレジスタ５４の設定値である再生ピッチは、通常の場合、波形メモリ３４内の波形データのサンプリングレートが弦モデルと一致していれば「１．０」となる一方、マスタチューニングやストレッチチューニング、音律等によりピッチが変更された場合には「１．０」から加減された値が与えられる。
カレントアドレスにオフセットアドレスを加算する加算器５２の出力（アドレス整数部）が読出しアドレスとして波形メモリ３４に出力され、波形メモリ３４から対応する波形データが読出される。
読出された波形データは、補間部５６において、カレントアドレスカウンタ５３の出力する、ピッチに応じたアドレス小数部に応じて補間処理された後に、窓掛け部５７へ出力される。窓掛け部５７では、カレントアドレスカウンタ５３の出力するカレントアドレスの進行に伴い、窓テーブル５８に記憶される、ハニング（ハン／ハミング）窓やブラックマン窓などの窓関数テーブルに基づいて、波形データに対する窓掛け処理を行ない、窓掛け処理後の波形データを励振信号として、ゲートアンプ３５Ａ〜３５Ｃへ出力する。
図６は、弦モデルの信号循環回路を構成する非線形特性処理部４１Ａ（〜４１Ｃ）の構成を示すブロック図である。前段の減衰アンプ４０Ａが出力する、自然減衰した波形データと、ダンパエンベロープジェネレータ４２からのダンパ変位の情報とが入力される。
ダンパ変位の情報は、図中に示す如く、符号がプラスの領域で減衰を示すカーブ波形であり、その情報が、直接コンパレータ（ＣＭＰ）６１に入力される一方、反転アンプ６２で符号が反転（×−１）されてコンパレータ６６に入力される。
コンパレータ６１は、波形データの入力に対し、ダンパ変位の情報より大きい波形部分を抽出して通過させる。コンパレータ６１の出力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６３により高周波成分が除去された後、アンプ６４で所定増幅率により増幅されて、減算器６５に減数として与えられる。
一方、コンパレータ６６は、波形データの入力に対し、反転されたダンパ変位の情報より小さい波形部分を抽出して通過させる。コンパレータ６６の出力は、ローパスフィルタ６７により高周波成分が除去された後、アンプ６８で所定増幅率により増幅されて、加算器６９に与えられる。
加算器６９は、入力された波形データに、アンプ６８からのマイナス側の極大波形部分を加算することで、当該極大波形部分をカットした波形データを得て、減算器６５に出力する。
減算器６５は、加算器６９からの波形データに対し、アンプ６４の出力する、プラス側の極大波形部分を減算することで、当該極大波形部分をカットした波形データを得る。
結果として、減算器６５の出力する波形データは、プラス側及びマイナス側の双方で、ダンパ変位の情報として与えられる波形範囲を超える部分が抑制された波形データとして、次段の加算器３６Ａに帰還入力される。
次に前記実施形態の動作について説明する。
まず、図７乃至図１０により、波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）に格納される波形データについて説明する。
図７は、録音、収集された、同一ノートナンバーでベロシティ値の異なる楽音波形を例示する図である。図７（Ａ）がピアノ（ｐ）、図７（Ｂ）がメゾフォルテ（ｍｆ）、図７（Ｃ）がフォルテ（ｆ）の各波形を示している。モデリングにおいては、波形の最初の部分に近く、衝撃以降で倍音構成が安定した部分（図中のｔ２区間）のみを使用することが望ましい。
また、前処理として、これら複数の録音データに対し、振幅が等しくなるように正規化処理しておくことが望ましい。
図８は、ピアノの楽音波形データに対する事前処理の過程を示す。図８（Ａ）では、説明を簡略化するために、強打（ｆ）側の波形と弱打（ｐ）側の波形とを処理するものとして説明する。
強打側の波形データに対し、窓掛け（窓関数）処理Ｐ１１を施した後、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）としての高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理Ｐ１２を施し、周波数次元に変換して複素数の実数値（Ｒ）と虚数値（Ｉ）とを得る。これら複素数は、極座標変換処理Ｐ１３により極座標化されて、第１振幅信号と第１位相情報とに変換される。
弱打側の波形データも同様であり、窓掛け（窓関数）処理Ｐ１４、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理Ｐ１５、極座標変換処理Ｐ１６により、第２振幅情報と第２位相情報とが得られる。
その後、弱打側の波形データの第２位相情報が強打側の第１位相情報に置換されて、再び直交座標変換処理Ｐ１７により複素数に変換される。この複素数が、逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）処理Ｐ１８により波形データ化される。
得られた波形データは、さらに窓掛け（窓関数）処理Ｐ１９により不要な波形部分が除去されて、弱打のベース音の波形データが得られる。
また、減算処理Ｐ２０により、弱打のベース音の波形データを減数として、強打側の波形データから減算処理することで、強打側との差分音の波形データが得られる。
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）で示した波形データの処理を施すことで、波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）に格納するための波形データを取得していることを示している。
前記のような波形処理を通じて、複数の波形データに対し、それぞれ倍音位相を揃えることができる。特定の楽器の強弱の楽音を組み合わせる場合において、強度の異なる録音データの加算結果が、加算比とは異なる変化を生じる可能性を抑制するためにも、前記波形処理が有効となる。
図９は、或るノートナンバーに対応する音高において、強弱波形の加算合成から励振信号を生成する方法を例示する図である。強弱に応じた波形データの先頭部分のデータを、図中にそれぞれ示す加算比率で示すような値で、格納アドレスの進行と同様の時系列に沿って、それぞれ強度が変化するように加算する。
具体的には、図９（Ａ）は、強度の高い（音の強さが、強い）第１の波形データであるフォルテ（ｆ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図９（Ｂ）に示すように、始めの約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器（アンプ）２１では、「１．０」〜「０．０」の間で変化する、この加算比信号を乗数（増幅率）として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。
同様に、図９（Ｃ）は、強度が中庸な（音の強さが、やや強い）第２の波形データであるメゾフォルテ（ｍｆ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図９（Ｄ）に示すように、中央の約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器２２がこの加算比信号を乗数として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。
同じく、図９（Ｅ）は、強度が低い（音の強さが、弱い）第３の波形データであるピアノ（ｐ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図９（Ｆ）に示すように、終盤の約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器２３がこの加算比信号を乗数として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。
したがって、これらの波形データを加算する加算器２４の出力は、図９（Ｇ）に示すように、２周期毎に「強」→「中」→「弱」と連続的に波形が変化する。
このような波形データ（励振信号用波形データ）を波形メモリ３４に格納しておき、演奏強度に応じた開始アドレスを指定することで、必要な波形データ（部分データ）を励振信号として読出す。読出した波形データは、図９（Ｈ）に示すように、窓掛け処理部３３により窓掛け処理されて、後段の各信号循環回路に供給される。
波形データとして２〜３波長分を用いるために、音高によって、波形データを構成するサンプリングデータの数は異なる。例えば、アコースティックピアノの８８鍵の場合、低音から高音で、サンプリングデータの数は約２０００〜２０程度（サンプリング周波数：４４．１［ｋＨｚ］の場合）となる。
なお、前記した波形データの加算方法は、同じ楽器の演奏強度が異なる波形データの組合わせのみに限るものではない。例えば、エレクトリックピアノの場合、鍵を弱打した場合は正弦波に近い波形特性を有する一方で、強打した場合はサチュレーションした矩形波のような波形の形状となる。これらの明らかに形状の異なる波形や、例えばギターなどから抽出した波形など、様々な異なる楽器の楽音を連続して加算し、演奏強度やその他の演奏操作子により連続的に変化させるようなモデリングの楽音を発生させることができる。
図１０は、音源１２Ｃを駆動時に、波形読出し部３２がベロシティ値に応じて波形メモリ３４の読出しアドレスを変化させる過程を例示する。波形メモリ３４に、図１０（Ａ）に示すように、フォルテ（ｆ）からピアノ（ｐ）に連続して変化するような波形データを格納しておき、演奏時のベロシティ値に応じた波形データ部分を読出すべく、読出し開始アドレスを変化させる。
図１０（Ｂ）は、ベロシティ値がフォルテ（ｆ）の場合、図１０（Ｃ）は、ベロシティ値がメゾフォルテ（ｍｆ）の場合、図１０（Ｄ）は、ベロシティ値がピアノ（ｐ）の場合の、それぞれ波形データの読出し範囲を示している。
実際には前記３段階に限らず、図中に破線で窓掛け波形を示すように、ベロシティ値に応じて、例えばベロシティ値の分解能が７ビットであれば１２８段階に分けて、当該ノートナンバーでの波形データの読出し位置を連続的に変化させる。
なお、読出した波形データに対する窓掛け処理を施すに当たっては、当該音程によって波長が異なるため、窓掛け処理を施す「窓」部分の時間長も異ならせる必要がある。
図１１は、波長（ピッチ）に応じた窓関数の関係を例示する図である。図１１（Ａ）は、音高Ｆ４（ＭＩＤＩ：６５）のフォルテ（ｆ）の場合の波形データに対する、波形読出し範囲と窓関数とを示す。同様に、図１１（Ｂ）は、１オクターブ高い音高Ｆ５（ＭＩＤＩ：７７）の場合、図１１（Ｃ）は、さらに１オクターブ高い音高Ｆ６（ＭＩＤＩ：８９）の場合を示している。
各図に示すように、波形メモリ３４に格納している波形データに対して窓掛け処理した結果を励振信号として用いる際、指定されたノートナンバーに応じた音高によって波長の時間幅が異なるため、楽音として発生させる発音ピッチに応じて窓掛けを行なうサイズ（時間幅）も変更する必要がある。
なお、前述したように波形メモリ３４から波形読出し部３２が読出した波形データに対して、窓掛け処理部３３により窓掛け処理を行なうのに加えて、波形メモリ３４に格納している波形データ自体を、前記図８でも説明したように、事前に窓掛け処理を施して不要な周波数成分を除去したものとする。
ここで用いる、格納用の波形データに施す窓関数としては、例えばハニング（ハン／ハミング）窓、ブラックマン窓、カイザー窓など、楽音の原音の倍音成分に影響が少ない関数であれば良い。
波形読出し部３２により波形メモリ３４から読出され、窓掛け処理部３３で窓掛け処理された波形データが、ゲートアンプ３５Ａ〜３５Ｃを介して、操作されたベロシティ値に応じた乗数で処理された後に、弦モデルを構成する信号循環回路に入力される。
１つの弦モデルにおいては、発生する楽音の波長分の遅延を生じさせるディレイ回路３７Ａ（〜３７Ｃ）を含んだ閉ループで構成されており、ループ内にはオールパスフィルタ３８Ａ（〜３８Ｃ）、ローパスフィルタ３９Ａ（〜３９Ｃ）、減衰アンプ４０Ａ（〜４０Ｃ）、非線形特性処理部４１Ａ（〜４１Ｃ）、モデルの信号の励振信号を加算する加算器３６Ａ（〜３６Ｃ）で構成されている。
ディレイ回路３７Ａ（〜３７Ｃ）、オールパスフィルタ３８Ａ（〜３８Ｃ）は、発生する楽音のピッチ周波数の小数部の逆数と１とを加算した値をデジタル処理で遅延させる関係上、波長の整数部が弦長ディレイＰＴ0_ｒ[ｎ]（〜ＰＴ2_ｒ[ｎ]）としてディレイ回路３７Ａ（〜３７Ｃ）に与えられる一方で、波長の小数部が弦長ディレイＰＴ0_ｆ[ｎ] （〜ＰＴ2_ｆ[ｎ]）としてオールパスフィルタ３８Ａ（〜３８Ｃ）に与えられる。
前述した如く、図２及び図３では、アコースティックピアノに準じて１鍵に対応して３本の弦モデルが設けられた、中音域乃至高音域の鍵位置に対応する回路の構成を示している。
アコースティックピアノの場合、これら３弦のモデルのピッチの調整具合がユニゾンと称され、微小に異なるピッチに設定される。これら異なるピッチは、モデリングするピアノによって調整されるパラメータである。
発音からの時間と共に倍音成分の減衰を調整するローパスフィルタ３９Ａ（〜３９Ｃ）へのカットオフ周波数Ｆｃ[ｎ]も、同様にモデリングするピアノや弦に応じて設定される。
各弦モデルの出力は加算器４３で加算され、さらに８８鍵分の出力が加算器４４で加算されて、次段のＤ／Ａ変換部１２Ｄへ出力される。
閉ループの弦モデルを励振する信号となる波形データは、波形読出し部３２により波形メモリ３４から読出され、窓掛け処理部３３により窓掛け処理された後に、ゲートアンプ３５Ａ〜３５Ｃにおいてベロシティ値に応じた乗数が乗算されて、弦モデルを構成する各信号循環回路に供給される。
ノートオン（押鍵）があった時点で、ノートイベント処理部３１からダンパエンベロープジェネレータ４２にノートオン信号が送られ、ダンパエンベロープジェネレータ４２はダンパの変位を示す信号に変換して非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃに送出する。
具体的には、弦の振動抑制が一時的に解除される。その直後に、波形読出し部３２が波形メモリ３４から、ノートナンバーとベロシティ値とに応じた、励振信号としての波形データを読出すように制御される。
離鍵時のノートオフが発生する（消音化を含む弱音化指示を受け付ける）と、閉ループに内装された減衰用乗算器である非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃにより減衰係数が調整されるよう、ダンパエンベロープジェネレータ４２がノートオフベロシティ値に応じた速度でダンパ変位の情報を調整する。
具体的には、強いノートオフベロシティ値では速く減衰し、弱いノートオフベロシティ値ではよりゆっくりとダンパが弦を抑えて振動を抑制する方向でダンパエンベロープジェネレータ４２が調整する。
なお、ノートオフイベントは、一般的にはベロシティ値で表現されるが、ＭＩＤＩのコントロールデータのような連続的に変化する信号値を、非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃに与えるような構成を採るものとして良い。
図１２は、非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃにおける減衰特性の例を示す図である。図中の横軸が入力、縦軸が出力となる。
ノートオン時に、弦がダンパから開放されている状態では、弦の減衰率は１．０であり、図中にXIIＡで示すように、入力＝出力となる。
ダンパが変位し、現に徐々に接触し、振動するエネルギを吸収、抑制し始めると、接触した弦の変位から滑らかに振動の変位（出力）が一定の値になる。図中のXIIＢに示すように、この一定となる量はダンパの変化量に応じており、ダンパが多く接触するようになると、より低い出力レベルで弦の振動が抑制されるようになる。
図中のXIIＣは、ノートオフ時の特性を示すものであり、入力に対して出力がさらに小さくなるように抑制されている状態を示す。
ピアノのダンパは、余分な音を発生させずに、弦の振動を抑制するように設計される必要があるため、この特性は、なるべく滑らかな曲線を描き、一定の出力値に達するように調整されている。
実際の非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃにおいては、例えば図５に示した回路構成により、前述したようなダンパ変位に応じた減衰を実現させる。その場合、非線形特性処理部４１Ａ〜４１Ｃを構成するローパスフィルタ６３，６６のカットオフ周波数は、より高い周波数であれば、滑らかさが少なく、離鍵時に発生する倍音も多くなる。
例えば、楽器がハープシコードである場合のように、離鍵時の音がはっきりと大きく、高周波成分を含む場合には、カットオフ周波数を高めに設定する。反対に、楽器がピアノである場合のように、離鍵時に発生する倍音の成分が少ない場合には、十分にカットオフ周波数を低く設定する。
図１３は、ノートオフ時のダンパエンベロープジェネレータによるダンパ変位信号とリリースされる波形のエンベロープを示す図である。同図に示すように、ノートオフが発生するまでの間は、図中にXIIIＡで示すように、減衰アンプ４０Ａ〜４０Ｃに設定された少ない自然減衰のみで、ダンパで抑えられた出力信号が出力される。
その後にノートオフとなった時点で、ダンパエンベロープジェネレータ４２がノートオフ時のベロシティ値の強さに応じてダンパ変位を減衰させる。図中、XIIIＢが、ノートオフ時のベロシティ値によるリリースエンベロープカーブの違いを示している。ベロシティ値が大きい（＝離鍵時の速度が高い）程、ダンパの変位量を大きくし、減衰量が大きくなる。ダンパの変位が減衰するのに伴い、弦信号はサチュレーションをしながら減衰して消音する。
図１４は、離鍵時の周波数スペクトラムの特性の変化を例示する図である。図１４（Ａ）は、離鍵直前のノートオンの状態での周波数スペクトルの分布特性を例示している。図１４（Ｂ）は、離鍵中の周波数スペクトラムの分布特性を例示している。
図１４（Ａ）に、本実施例における離鍵直前の周波数スペクトラムの分布特性を示す。
図１４（Ｂ）に、本実施例における離鍵中の周波数スペクトラムの分布特性を示す。本実施例を適用した場合、図中の範囲のXIV部分に示す如く、離鍵直前には表れていなかった周波数成分（主に、１０ＫＨｚ付近）が表れていることが確認できる。より具体的には、本実施例によれば、押鍵に応じた音高の基音周波数（例えば、２００Ｈｚ）の偶数次倍音成分が、離鍵に応じて適度に発生しているといえ、アコースティックピアノの離鍵時の音によく似た特性の楽音が得られていることが分かる。この音は、弦（ピアノ線）にダンパ（圧縮フェルト）が当たった制動成分音に近似しており、アコースティックピアノの楽音をきわめて自然に再現できているものと考えられる。
以上詳述した如く本実施形態によれば、回路規模を大きくすることなく、リアルな音質の楽音を発生させることが可能となる。
また前記実施形態では、１つのノートナンバーに対して楽音波形を発生する信号循環回路を複数有し、それぞれで発生した楽音波形を加算した上で出力するものとしたので、１つのノートナンバーの操作に対して複数の弦や管などを鳴らすような楽器の楽音を忠実に再現できる。
さらに前記実施形態では、波形メモリから読出した励振信号としての波形データに窓掛け処理を施した上で、楽音波形を発生する信号循環回路へ出力するようにしたので、不要な周波数成分を除去して信号処理を行なう回路の構成を簡易化できる。
加えて前記実施形態では、波形メモリに格納する波形データ自体を、事前に窓掛け処理してから格納するものとしたので、波形メモリに必要な記憶容量等を削減できる。
また前記実施形態では、波形メモリから読出した所定波長分の楽音波形情報から信号循環回路により演奏操作子での操作に応じて必要な長さの楽音を発生させるものとしたので、波形メモリに必要な記憶容量等を削減できる。
さらに前記実施形態では、ノートナンバーと強度を含む演奏操作情報を受け付けた上で、波形メモリに格納される、複数の強度に応じて変化する楽音波形情報から、必要な範囲の所定波長分を取得するものとしたので、楽音波形情報を読出すための回路構成をより簡素化できる。
より具体的には、複数の強度に応じて変化する楽音波形情報を記憶したメモリから、受け付けた演奏操作情報に基づいて読出すアドレスを変化させて、所定波長分を取得するものとしたので、必要な楽音波形情報を得るための回路をよりシンプルに構成できる。
なお、前記実施形態では、１ノートナンバーに対して複数の信号循環回路を設ける音域を、モデルとする楽器に準じるものとしたので、元の楽音をより忠実に再現して発生させることが可能となる。
なお、前述した如く、本実施形態は電子鍵盤楽器に適用した場合について説明したものであるが、本発明は楽器や特定のモデルに限定されるものではない。
その他、本願発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
を実行する電子楽器。
［請求項２］
前記信号循環処理は、前記音高情報に応じて決定されている時間、遅延させている遅延処理を含む、請求項１に記載の電子楽器。
［請求項３］
前記励振信号用波形データは、複数の励振信号用波形データから前記音高情報に応じて選択されている、請求項１または請求項２に記載の電子楽器。
［請求項４］
前記励振信号用波形データはメモリに記憶されており、前記メモリ内の読み出し領域を、前記音量情報に応じて変更することにより、前記励振信号用波形データに含まれている前記部分データを読み出す読出処理と、
前記読出処理により読み出された前記部分データに対して前記窓関数を掛けることにより、前記励振データを生成する生成処理と、
を実行し、
前記信号循環処理は、前記生成処理により生成された前記励振データを循環させており、
前記或る音高における前記部分データは前記音量情報に応じて異なる、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項５］
前記読出処理により読み出される前記部分データのサンプル数は前記音高情報に応じて異なり、前記窓関数の窓の幅も前記音高情報に応じて異なる、請求項４に記載の電子楽器。
［請求項６］
第１音高に対応する第１鍵と、第２音高に対応する第２鍵と、第３音高に対応する第３鍵と、を少なくとも含む鍵盤、
を備え、
前記第１鍵に対応する、前記信号循環処理としての信号循環回路の数は１つであり、
前記第２鍵に対応する、前記信号循環処理としての前記信号循環回路の数は２つであり、
前記第３鍵に対応する、前記信号循環処理としての前記信号循環回路の数は３つである、
請求項１乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項７］
前記励振信号用波形データは、少なくとも前記或る音高における第１波形データと、前記第１波形データより音の強さが弱い第２波形データと、を合成することにより生成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項８］
電子楽器のコンピュータに、
或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
を実行させる方法。
［請求項９］
電子楽器のコンピュータに、
或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
を実行させるプログラム。
１０…電子鍵盤楽器
１１…鍵盤部
１２…ＬＳＩ
１２Ａ…ＣＰＵ
１２Ｂ…ＲＯＭ
１２Ｃ…音源
１２Ｄ…Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）
１３…アンプ
１４…スピーカ
２１〜２３…乗算器（アンプ）
２４…加算器
３１…ノートイベント処理部
３２…波形読出し部
３３…窓掛け処理部
３４…（励振信号生成用）波形メモリ
３５Ａ〜３５Ｃ…ゲートアンプ
３６Ａ〜３６Ｃ…加算器
３７Ａ〜３７Ｃ…ディレイ回路
３８Ａ〜３８Ｃ…オールパスフィルタ（ＡＰＦ）
３９Ａ〜３９Ｃ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４０Ａ〜４０Ｃ…減衰アンプ
４１Ａ〜４１Ｃ…非線形特性処理部
４２…ダンパエンベロープジェネレータ（ダンパＥＧ）
４３，４４…加算器
５１…オフセットアドレスレジスタ
５２…加算器
５３…カレントアドレスカウンタ
５４…ピッチレジスタ
５５…加算器
５６…補間部
５７…窓掛け部
５８…窓テーブル
６１…コンパレータ（ＣＭＰ）
６２…反転アンプ
６３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６４…アンプ
６５…減算器
６６…コンパレータ（ＣＭＰ）
６７…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６８…アンプ
６９…加算器
Ｂ…バス

Claims (9)

  1. 或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
    前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
    を実行する電子楽器。
  2. 前記信号循環処理は、前記音高情報に応じて決定されている時間、遅延させている遅延処理を含む、請求項１に記載の電子楽器。
  3. 前記励振信号用波形データは、複数の励振信号用波形データから前記音高情報に応じて選択されている、請求項１または請求項２に記載の電子楽器。
  4. 前記励振信号用波形データはメモリに記憶されており、前記メモリ内の読み出し領域を、前記音量情報に応じて変更することにより、前記励振信号用波形データに含まれている前記部分データを読み出す読出処理と、
    前記読出処理により読み出された前記部分データに対して前記窓関数を掛けることにより、前記励振データを生成する生成処理と、
    を実行し、
    前記信号循環処理は、前記生成処理により生成された前記励振データを循環させており、
    前記或る音高における前記部分データは前記音量情報に応じて異なる、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の電子楽器。
  5. 前記読出処理により読み出される前記部分データのサンプル数は前記音高情報に応じて異なり、前記窓関数の窓の幅も前記音高情報に応じて異なる、請求項４に記載の電子楽器。
  6. 第１音高に対応する第１鍵と、第２音高に対応する第２鍵と、第３音高に対応する第３鍵と、を少なくとも含む鍵盤、
    を備え、
    前記第１鍵に対応する、前記信号循環処理としての信号循環回路の数は１つであり、
    前記第２鍵に対応する、前記信号循環処理としての前記信号循環回路の数は２つであり、
    前記第３鍵に対応する、前記信号循環処理としての前記信号循環回路の数は３つである、
    請求項１乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
  7. 前記励振信号用波形データは、少なくとも前記或る音高における第１波形データと、前記第１波形データより音の強さが弱い第２波形データと、を合成することにより生成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の電子楽器。
  8. 電子楽器のコンピュータに、
    或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
    前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
    を実行させる方法。
  9. 電子楽器のコンピュータに、
    或る音高を示す音高情報と、出力する音の強さを決定するための音量情報と、を含む演奏操作情報の入力を受け付ける受付処理と、
    前記或る音高において、音の強さがそれぞれ異なる複数の波形データに基づいて生成されている励振信号用波形データに含まれている部分データに対して、窓関数を掛けることにより生成されている励振データであって、前記受付処理により受け付けられた前記音量情報に応じた励振データを循環させる信号循環処理と、
    を実行させるプログラム。
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