JP2591193B2 - 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置 - Google Patents

非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置

Info

Publication number
JP2591193B2
JP2591193B2 JP1292257A JP29225789A JP2591193B2 JP 2591193 B2 JP2591193 B2 JP 2591193B2 JP 1292257 A JP1292257 A JP 1292257A JP 29225789 A JP29225789 A JP 29225789A JP 2591193 B2 JP2591193 B2 JP 2591193B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
function
hysteresis
nonlinear
signal
generating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1292257A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03154921A (ja
Inventor
利文 国本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP1292257A priority Critical patent/JP2591193B2/ja
Priority to US07/613,163 priority patent/US5144096A/en
Publication of JPH03154921A publication Critical patent/JPH03154921A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2591193B2 publication Critical patent/JP2591193B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、ヒステリシス特性を有する非線形関数を
発生する非線形関数発生装置、およびこの非線形関数発
生装置を用いた楽音合成装置に関する。
[従来技術] 従来、電子楽器等に用いられる、いわゆるディジタル
音源として、遅延回路を含む閉ループに初期波形デー
タ、インパルス信号データ、非線形信号データ等のデー
タを導入して回帰演算処理することにより楽音を合成す
る、いわゆる遅延フィードバック形減衰音合成アルゴリ
ズムを用いた楽音合成装置が知られている(例えば特開
昭63−40199号参照)。
この楽音合成装置は、管楽器の管や弦楽器の弦等、自
然楽器の機械振動系を電気回路によって物理的に近似し
たもので、前記閉ループに管楽器のリードまたはアンブ
シュアー、あるいは擦弦楽器の弓と弦との接点の動きに
相当する非線形信号を入力することにより、管楽器や擦
弦楽器の音をその強弱による変化まで含めて自然かつ忠
実に合成することができる。
第6図は、擦弦楽器の弓によって弦に与えられる外力
と、それによって弦に与えられる変位速度との関係を示
す。外力が0近辺では弓と弦との静止摩擦の寄与が支配
的なため変位速度は外力に比例し、ある程度以上の外力
が加わると動摩擦の方が支配的となって変位速度は一定
ないし外力に反比例する。この静止摩擦から動摩擦へ遷
移する際、外力による弦の変位速度への寄与度が急変す
るため、外力対変位速度特性は、第6図に示すような非
線形曲線となる。また、外力が減少する際にも動摩擦か
ら静止摩擦へ遷移するとき変位速度が非線形に変化す
る。擦弦楽器の合成アルゴリズムにおいては、この第6
図に示すようなヒステリシスを有する非線形信号が必要
となる。そして、この非線形信号は、弓圧や弓速度等に
応じて細かく制御できることが好ましい。
本発明者は、このようなヒステリシスを有する非線形
信号の信号源として、前記静止摩擦による特性関数と動
摩擦による特性関数とを外力等の入力値に応じて切り換
えるとともに、この切り換えのスレッショルドレベルを
入力値の変化方向に応じて動かすようにした方式を先に
提案した(特願平1−192708号)。しかし、この方式
は、実現のためのハードウエアやソフトウエアが複雑に
なるという不都合があった。
本発明者は、さらに、非線形信号発生回路をフィード
バックループ内に入れることでヒステリシスを付与する
方式も先に提案した(特願平1−194544号)。この方式
では、構成は簡略であるが、下記のように別のデメリッ
トが生じた。
第7図は、フィードバックによりヒステリシスを生じ
させた擦弦アルゴリズム用非線形信号発生回路を示す。
同図において、非線形テーブル71は第8図に示すような
非線形関数を発生する。この非線形関数は原点近傍にお
いて負の傾きαを持ったほぼ直線をなし、この直線部分
の両脇の部分は正の傾きを持った曲線となっている。ま
た、第7図のフィードバック回路72は正のゲインβを持
っている。
このような非線形系の入出力の伝達関数を非線形関数
の傾きが正の部分と負の部分とに分けて考えると、正の
傾きの部分では、正のフィードバックβによってヒステ
リシスを生じる。負の傾きαの部分では、フィードバッ
クがネガティブフィードバック(NFB)として機能する
のでトータルゲイン(伝達関数)GNFBは、 となる。
擦弦では、非線形の直線部分でのゲインは定数(普通
−1または−2程度)でなければならないため、前式の
GNFBを例えば1とおくと となる。また、αは負、βは正という条件のもとで系の
安定性を考慮すると、NFB系はループゲインαβが余り
大きい場合にはしばしば寄生発振が生じるため、結局α
=−1.1、β=0.09程度に落着く。しかし、この程度の
フィードバック量では、非直線関数の直線部分の両脇の
αが正の部分でポジティブフィードバック(PFB)系が
構成された際、そのPFBの量が不足し、充分なヒステリ
シスを生じさせることができない。換言すれば、第7図
に示すような構成では、充分なヒステリシスを生じさせ
るためにはPFB系のフィードバック量を大きくする必要
があり、安定なNFBのためにはフィードバック量を小さ
くする必要があるが、この充分なヒステリシスの発生と
系の安定性との両立はほぼ不可能であった。
[発明が解決しようとする課題] この発明は、上述した従来例における問題点に鑑みて
なされたもので、構成簡略で、充分なヒステリシスを発
生することができ、かつ動作が安定な非線形関数発生装
置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 前記の目的を達成するため、この発明の非線形関数発
生装置は、入力信号を変数としてヒステリシス関数を発
生するヒステリシス関数発生手段と、前記入力信号を変
数として非ヒステリシス関数を発生する非ヒステリシス
関数発生手段と、これらのヒステリシス関数発生手段お
よび非ヒステリシス関数発生手段から出力される関数を
合成する合成演算手段とを具備することを特徴としてい
る。
ここで、前記ヒステリシス関数発生手段は、非ヒステ
リシスの基本非線形関数、例えば非ヒステリシスのステ
ップ関数を発生する基本非線形関数発生手段と、該基本
非線形関数発生手段の出力を該基本非線形関数発生手段
の入力側に正帰還し前記入力信号と合成して該基本非線
形関数発生手段に変数として与える帰還手段とにより構
成される。、前記ヒステリシス関数発生手段は、非ヒス
テリシスのステップ関数を発生するステップ関数発生手
段と、該ステップ関数発生手段の出力を該ステップ関数
発生手段の入力側に正帰還し前記入力信号と合成して該
ステップ関数発生手段に変数として与える帰還手段とに
より構成される。
[作用] 前記の構成によれば、非線形関数はヒステリシス関数
成分と非ヒステリシス関数成分とに分解されており、入
力信号を変数としてそれぞれヒステリシス関数発生手段
および非ヒステリシス関数発生手段から出力された後、
乗算器等の合成演算手段により合成される。
ヒステリシス関数発生手段は、一例として、ステップ
関数発生手段を含むPFB回路からなり、ステップ関数に
対してヒステリシスを付与する。
[効果] このように、この発明によると、ヒステリシス関数と
非ヒステリシス関数とを分離して発生しこれらを合成し
て非線形関数を得るようにしたため、構成が簡略になっ
た。
また、ヒステリシス関数発生手段としてヒステリシス
をフィードバックにより付与するものを用いることによ
り、ヒステリシス関数発生手段はヒステリシス関数成分
のみを発生すれば足りるため、もとの非ヒステリシス関
数として負の傾きを持たないかまたは正の傾きを持って
もそれが極めて小さくなるように設定することができ
る。したがって、このヒステリシス関数発生手段のフィ
ードバック系は実質的にPFB系のみとなり、NFB系が構成
されることによる不安定性はなくなる。このため、ヒス
テリシスのみを考慮した大きなフィードバックゲインを
設定することができる。
[実施例] 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。
第1図は、この発明の一実施例に係る非線形関数発生
装置の構成を示す。
同図の装置は、第2図Cに示す非線形関数Cを第2図
Aに示す非線形関数Aと第2図Bに示す非線形関数Bと
の積に分解し、非線形関数Aにフィードバック方式でヒ
ステリシスを付与して第3図Aに示すヒステリシス関数
Dを得、この関数Dを非線形関数Bと乗算することによ
り、第3図Bに示すようなヒステリシスを持った非線形
関数Eを発生するようにしたもので、ヒステリシス関数
Dを発生するヒステリシス関数発生回路1、非線形関数
Bを発生する非ヒステリシス関数発生回路2、および関
数Dと関数Bとを乗算する乗算回路3を具備している。
ヒステリシス関数発生回路1は、第2図Aに示す台形
状曲線からなる非線形関数(ステップ関数)Aを発生す
るステップ関数発生回路11、ステップ関数発生回路11の
出力を入力側へフィードバックする帰還回路12および加
算器13を具備する。ここで、ステップ関数Aは、第2図
Aに示すように、入力が負の領域では正の傾き、正の領
域では負の傾きを有している。したがって、帰還回路12
のフィードバック定数βを正とすると、入力が正の領域
では負帰還系を形成してしまい、所望のヒステリシスを
得ることはできない。そこで、フィードバック系が常に
正帰還系となるように制御する必要がある。これには、
入力の正負および非線形の特性によってβの符号を反転
するのが好ましい。第1図のヒステリシス関数発生回路
1におけるβ符号制御回路14および乗算器15は、βの符
号を入力の符号と反対となるように制御するためのもの
である。
第4図A〜Cは、それぞれ第1図のβ符号制御回路14
の具体例を示す。
第4図Aにおいて、正負判定回路14aはβの符号すな
わち正負を判定し、セレクタ14bは正負判定回路14aの出
力に応じて+βと−βのうち一方を選択して前記乗算器
15へ送出する。
入力信号が2の補数形式の場合、信号の符号は信号の
符号を示すサインビットであるMSB(最上位ビット)に
より判断することができる。
第4図Bは、正負判定回路14aとして信号のMSBを反転
するインバータを用い、信号が正なら判定出力“1"を、
負なら判定出力“0"を発生するようにしている。セレク
タ14bには、楽音パラメータに応じて設定されたフィー
ドバック定数+βおよび−βが供給されており、判定出
力“1"に応じてA入力端子に供給されている−βが、判
定出力“0"に応じてB入力端子に供給されている+βが
選択され、前記乗算器15へ送出される。
第4図Cは、第4図Bのセレクタ14bの代わりに極性
反転回路14cを用い、単にβの極性を信号の正負で変化
させるようにした例を示す。
第5図は、この発明の非線形関数発生装置の一適用対
象である楽音合成装置の構成を示す。同図において、第
1図と共通の部分には同一の符号を付してある。
同図の装置は、ディジタルデータ演算処理によってバ
イオリン等の擦弦楽器の演奏音を合成するもので、遅延
回路51a,51b、ローパスフィルタ(LPF)52a,52b、乗算
器53a,53b,54,55、加算器56a,56b,57,58、およびこの発
明の特徴とする非線形関数発生装置60を具備する。
遅延回路51a,51b、LPF52a,52b、乗算器53a,53bおよび
加算器56a,56bからなる閉ループは、弓で擦弦される弦
に対応しており、閉ループの遅延時間はその弦の共振周
波数に対応している。
遅延回路51a,51bの遅延時間およびLPF52a,52bの伝達
特性は、楽器本体内に設けられている演奏情報発生回路
61および楽音パラメータ供給回路62により演奏情報に基
づいて制御される。
乗算器53a,53bは入力信号に“−1"を乗算して出力す
るもので、位相反転器として用いられている。なお、こ
の乗算器は、絶対値が1より小さい定数を乗算すること
により、減衰器として使用することもできる。
加算器56a,56bは擦弦点に対応しており、前記閉ルー
プは、弦の擦弦点を挟む両側に対応して遅延回路51a、L
PF52aおよび乗算器53aからなる第1の信号路と遅延回路
51b、LPF52bおよび乗算器53bからなる第2の信号路とに
加算器56aおよび56bを挟んで分離されている。
非線形関数発生装置60は、第1図のものと同様のもの
で、ヒステリシス関数発生回路を構成するステップ関数
発生回路11、加算器13、β符号制御回路14および乗算器
15、非ヒステリシス関数発生回路2、ならびに乗算回路
3を具備している。なお、ここでは、フィードバック定
数βは1に設定してあり、帰還回路12は接続線のみとな
るため特にブロックとしては表わされていない。
この非線形関数発生装置60は、第1の信号路の出力と
第2の信号路の出力とを加算器57で合成した信号に、加
算器58で弓速度Vbを表わす信号を加算され、さらに乗算
器54で弓圧の逆数1/Fbを表わす信号を乗算された信号を
入力され、この入力信号の各瞬時レベルに対して第3図
Bに示すような入出力特性の非線形関数を出力する。
この非線形関数出力信号は、加算器56a,56bにおい
て、それぞれ前記第2および第1の信号路の出力に加算
された後、第1および第2の信号路に入力される。
第3図Bに示す入出力特性は、弓と弦との間の摩擦特
性を表わしており、静止摩擦から動摩擦に移行すること
による非線形特性およびヒステリシス特性を有してい
る。また、静止摩擦は弓圧が大きい程大きいため、この
ヒステリシス特性は、弓圧Fbにより変化する。
この第5図の装置は、擦弦楽器の弦等の機械振動系お
よび弓と弦との駆動系を電気回路により物理的に近似し
たいわゆる物理モデルであり、これらの近似の精度を高
くすることにより、実際の楽器の音を精度良く再現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係る非線形関数発生装
置の構成を示すブロック回路図、 第2図および第3図は、第1図の装置の動作原理を説明
するための非線形関数を示すグラフ、 第4図A〜Cは、それぞれ第1図におけるβ符号制御回
路の具体回路例を示すブロック回路図、 第5図は、この発明の適用対象である楽音合成装置の構
成を示すブロック回路図、 第6図は、擦弦アルゴリズムに必要とされる非線形関数
を示すグラフ、 第7図は、従来のフィードバック方式の非線形関数発生
装置の構成を示すブロック回路図、そして 第8図は、第7図における非線形関数テーブルに格納さ
れた非線形関数を示すグラフである。 1:ヒステリシス関数発生回路 11:ステップ関数発生回路 12:帰還回路 13:加算器 14:β符号制御回路 15:乗算器 2:非ヒステリシス関数発生回路 3:乗算回路

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号を変数としてヒステリシス関数を
    発生するヒステリシス関数発生手段と、 前記入力信号を変数として非ヒステリシス関数を発生す
    る非ヒステリシス関数発生手段と、 これらのヒステリシス関数発生手段および非ヒステリシ
    ス関数発生手段から出力される関数を合成する合成演算
    手段とを具備し、 前記ヒステリシス関数発生手段は、非ヒステリシスの基
    本非線形関数を発生する基本非線形関数発生手段と、該
    基本非線形関数発生手段の出力を該基本非線形関数発生
    手段の入力側に正帰還し前記入力信号と合成して該基本
    非線形関数発生手段に変数として与える帰還手段とから
    なることを特徴とする非線形関数発生装置。
  2. 【請求項2】前記基本非線形関数が、ステップ関数であ
    る請求項1記載の非線形関数発生装置。
  3. 【請求項3】遅延手段を含む閉ループ手段と、演奏操作
    信号および前記閉ループ手段から取り出した信号を変数
    として非線形信号を発生し前記閉ループ手段に与える非
    線形関数発生手段とを備えた楽音合成装置において、 前記非線形関数発生手段として、請求項1または2記載
    の非線形関数発生装置を用いたことを特徴とする楽音合
    成装置。
JP1292257A 1989-11-13 1989-11-13 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置 Expired - Lifetime JP2591193B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1292257A JP2591193B2 (ja) 1989-11-13 1989-11-13 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置
US07/613,163 US5144096A (en) 1989-11-13 1990-11-13 Nonlinear function generation apparatus, and musical tone synthesis apparatus utilizing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1292257A JP2591193B2 (ja) 1989-11-13 1989-11-13 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03154921A JPH03154921A (ja) 1991-07-02
JP2591193B2 true JP2591193B2 (ja) 1997-03-19

Family

ID=17779456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1292257A Expired - Lifetime JP2591193B2 (ja) 1989-11-13 1989-11-13 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2591193B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2679314B2 (ja) * 1989-12-04 1997-11-19 松下電器産業株式会社 楽音合成装置
JP2768168B2 (ja) * 1992-09-18 1998-06-25 ヤマハ株式会社 楽音合成装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54107331A (en) * 1978-02-10 1979-08-23 Nec Corp Electronic musical instrument
JPS5640931A (en) * 1979-09-13 1981-04-17 Nec Corp Function value generator
JPS6340199A (ja) * 1986-05-02 1988-02-20 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ 残響付与システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54107331A (en) * 1978-02-10 1979-08-23 Nec Corp Electronic musical instrument
JPS5640931A (en) * 1979-09-13 1981-04-17 Nec Corp Function value generator
JPS6340199A (ja) * 1986-05-02 1988-02-20 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ 残響付与システム

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03154921A (ja) 1991-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5144096A (en) Nonlinear function generation apparatus, and musical tone synthesis apparatus utilizing the same
US5223656A (en) Musical tone waveform signal forming apparatus with pitch and tone color modulation
EP0410475B1 (en) Musical tone signal forming apparatus
JP2591193B2 (ja) 非線形関数発生装置およびその非線形関数発生装置を用いた楽音合成装置
JP3149708B2 (ja) 楽音合成装置
JP2591194B2 (ja) 非線形関数発生装置およびそれを利用した楽音合成装置
JP3347338B2 (ja) 楽音合成装置
JP3799969B2 (ja) 共鳴装置
JP3339273B2 (ja) 楽音波形形成装置
JPH0721714B2 (ja) 楽音合成装置
JP2650577B2 (ja) 楽音合成装置
JP3378066B2 (ja) 楽音合成装置
JP3082653B2 (ja) 波形発生装置
JP2822860B2 (ja) 楽音合成装置
JP3788180B2 (ja) 楽音合成方法、楽音合成装置および記録媒体
JPH1049172A (ja) 楽音信号合成方法および装置
JP2797141B2 (ja) 楽音波形発生装置
JP3132037B2 (ja) 音源装置
JP2000047669A (ja) 楽音合成装置および楽音合成用プログラムが記録された記録媒体
JP2565011B2 (ja) ゆらぎ信号発生装置
JP2001175264A (ja) 楽音信号合成装置
US20040240673A1 (en) Device for simplifying synthetic audio processing
JP2007034099A (ja) 楽音合成装置
JP3282438B2 (ja) 楽音信号合成装置
JPH02108099A (ja) 波形補間装置

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219

Year of fee payment: 13

EXPY Cancellation because of completion of term