JP2630115B2

JP2630115B2 - 楽音合成装置

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Publication number: JP2630115B2
Application number: JP3157188A
Authority: JP
Inventors: 英之増田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH0651766A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、演奏者の唇の状態によ
って楽音の変化する自然楽器のシミュレートに用いて好
適な楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然楽器の発音メカニズムを電気的にシ
ミュレートし、自然楽器の楽音を合成する方法が知られ
ている。特に、クラリネット等の管楽器の最も基本的な
モデルとしては、リードの弾性特性をシミュレートした
非線形増幅素子と、共鳴管をシミュレートした双方向伝
送回路とを接続した閉ループ構造のモデルが知られてい
る。このモデルでは、非線形増幅素子から信号が出力さ
れると、この信号は後退波信号が加算された後、進行波
信号として双方向伝送回路に入力される。次に、この進
行波信号は双方向伝送回路の終端部で反射され、双方向
伝送回路を逆方向に伝搬される。しかる後に反射波信号
は進行波信号に加算され、非線形増幅素子（励振回路）
に帰還される。このように、非線形増幅素子と双方向伝
送回路とからなる閉ループ回路によって、管楽器におけ
る空気圧力波の伝播が忠実にシミュレートされる。

【０００３】また、実際の管楽器には、音高操作用の
孔、いわゆるトーンホールが設けられているものもある
が、このトーンホールをも含めて管楽器をシミュレート
したモデルも知られている。このモデルでは、トーンホ
ールに対応し、各双方向伝送回路間に信号散乱ジャンク
ション(以下、ジャンクションと略す)と呼ばれる信号処
理回路が介挿される。そして、各ジャンクションによ
り、隣接する双方向伝送回路からの各入力信号に対し係
数乗算等の演算処理が行われ、演算結果が隣接する双方
向伝送回路に供給される。この演算処理における乗算係
数等は当該トーンホールの開閉状態に対応し切り換えら
れる。

【０００４】この場合、非線形増幅素子に帰還される信
号は、各ジャンクションにおいて折り返された成分の総
和となる。しかも、上述したように、各ジャンクション
における演算用の乗算係数は当該トーンホールの開閉状
態に対応して切り換えるので、結局、非線形増幅素子か
ら双方向伝送回路側を見た場合の伝送量周波数特性はト
ーンホールの開閉状態に対応して切り換えられる。この
伝送量周波数特性は、非線形増幅素子の出力信号が開放
状態のトーンホールに対応したジャンクションにおいて
折り返されて非線形増幅素子に帰還されるまでの遅延時
間に対応した周波数(１次)、およびそのほぼ整数倍の各
周波数（高次）に共振周波数を有する多峰性の特性とな
る。なお、この種の技術は、例えば特開昭６３−４０１
９９号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の技術
においては、主に木管楽器をシミュレートすることを主
眼としていたため、演奏者の唇の開き具合、押し付け具
合、あるいは緊張のさせ具合（口の廻りの筋肉の張り具
合）等のパラメータに基づいた楽音を発生させる機能を
有しておらず、このような唇の緊張状態を検出し得る構
成も具備していなかった。したがって、上述の技術にお
いては、唇の緊張度によって楽音が決定されるリップリ
ード楽器、つまり金管楽器をシミュレートすることがき
わめて困難であった。本発明は上述した事情に鑑みてな
されたものであり、リップリードの状態、例えば唇の緊
張度に基づいて金管楽器の楽音を忠実にシミュレートす
ることができる楽音合成装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の構成にあっては、演奏者の息圧を検出
する息圧測定手段と、前記息圧に対応した息圧信号と帰
還信号とを演算し、演算結果を圧力信号として出力する
演算手段と、前記圧力信号を入力し励信信号を出力する
励振手段と、前記励振信号を入力として、少なくとも所
定時間の遅延を施こして前記演算手段に前記帰還信号を
与える信号伝送手段と、演奏者の唇の開口面積を検出す
る開口面積測定手段とを有する楽音合成装置であって、
前記励振手段は、前記検出された開口面積に応じて前記
励振信号を制御することを特徴としている。また、請求
項２に記載の構成にあっては、演奏者の息圧を示す息圧
を検出する息圧測定手段と、前記息圧に対応した息圧信
号と帰還信号とを演算し、演算結果を圧力信号として出
力する演算手段と、前記圧力信号を入力し励信信号を出
力する励振手段と、前記励振信号を入力として、少なく
とも所定時間の遅延を施こして前記演算手段に前記帰還
信号を与える信号伝送手段と、演奏者の唇が押圧される
マウスピースと、前記マウスピースに対する前記唇の各
々独立した２つの状態を検出する第１および第２の検出
手段と、前記第１および第２の検出手段の検出結果を入
力し、前記励振手段の励振特性を制御する信号を出力す
る励振特性制御手段とを有する楽音合成装置であって、
前記励振手段は、前記検出された開口面積に応じて前記
励振信号を制御することを特徴としている。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の構成にあっては、信号伝送手
段、演算手段および励振手段を圧力進行波信号および圧
力反射波信号が循環することにより、管楽器における圧
力波の伝搬がシミュレートされる。ここで、演奏者が吹
奏圧を変化させると演奏者の唇の開口面積が変化する。
この開口面積の変化が開口面積測定手段によって測定さ
れると、励振手段によって圧力進行波信号（励振信号）
の大きさが制御され、これによって実際の金管楽器にお
ける演奏者の唇の変化に対する圧力波の変化がシミュレ
ートされる。また、請求項２に記載の構成にあっては、
請求項１と同様に信号伝送手段、演算手段および励振手
段を圧力進行波信号および圧力反射波信号が循環するこ
とにより、管楽器における圧力波の伝搬がシミュレート
される。ここで、例えば演奏者がマウスピースに対する
唇の押圧力および唇の緊張度といった各々独立した２つ
の状態を変化させると、押圧力および緊張度の変化が押
圧力測定手段を介して測定され、その２つの測定結果か
ら、励振特性を制御する信号を決定し、この信号に基づ
いて励振手段を制御するようにしたので、より自然楽器
にちかい制御が可能となる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の一実施例の電子金管楽器を図面
を参照し説明する。Ａ．実施例の前提理論金管楽器の物理モデル本実施例の電子金管楽器は、金管楽器の発音機構をシミ
ュレートするものである。そこで、実際の金管楽器の物
理モデルを図２（イ）、（ロ）を参照し説明する。な
お、図２（イ）、（ロ）に示す物理モデルは、マッキン
タイヤーらによる木管楽器のモデル（M.E. Mcintyre,
R.T. Schumacher, J.Woodhouse “On theoscillations
of musical instruments", J.Acoust.Soc.Am.74(5),No
vember 1983 0001-4966/83/111325-21$00.88 Copyright
1983 Acoustic Society of America）におけるリード
の動作に代えて、金管楽器（リップリード楽器）におけ
る唇の動作を適用したものである。

【０００９】図２（イ）において２０は金管楽器の共鳴
管、２１は共鳴管２１に挿入されたマウスピースであ
る。３は演奏者の唇であり、マウスピース２１に押し当
てられている。演奏者がマウスピース２１に息を吹き込
むと、唇３の直下部分の圧力が変化し、唇３の非線形特
性により流量ｆが発生する。この流量ｆによる圧力変化
は、この瞬間における圧力後退波Ｒ₁が加算され圧力進
行波Ｆ₁となって共鳴管２０の終端部２０ｅに向かって
伝搬される。次に、圧力進行波Ｆ₁は共鳴管２０の各部
で反射されつつ伝搬され、時間の経過とともに進行波Ｆ
₂、Ｆ₃に変化する。

【００１０】次に、圧力進行波Ｆ₃は終端部２０ｅで反
射され反射波Ｒ₂として唇３に向って伝搬する。この反
射波Ｒ₂も共鳴管２０の各部で反射されつつ伝搬され、
時間の経過とともに反射波Ｒ₃、Ｒ₄に変化し、唇３の直
下に帰還される。この反射波Ｒ4と、この瞬間における
進行波Ｆ₄との加算結果が、唇３の直下部分における圧
力ｑとなる。また、口腔内部の空気圧（吹奏圧）ｐとマ
ウスピース１内部の空気圧（反射波Ｒに基づく圧力）ｑ
との差が大きい程、大きな流入速度が得られる。

【００１１】また、図２（ロ）に同図（イ）におけるＡ
−Ａ'断面図を示す。図において網目を付した部分の面
積が開口面積Ｓである。ここで、フレッチャーの論文
（N.H.Fletcher, “Air flow and sound generation in
musical wind instruments", Ann.Rev.Fluid Mech. 19
79. 11:123-46 Copyright 1979 by Annual Reviews In
c. All right reserved）によれば、木管楽器のリード
と金管楽器のリード（リップリード）との最大の相異点
は、吹奏圧を増やした際、前者はリードを閉じるのに対
して、後者はリードを開くことにある。すなわち、吹奏
圧ｐとマウスピース内部の空気圧ｑとの差をΔｑとする
と（Δｑ＝ｑ−ｐ）、開口面積ＳはＳ（Δｑ）なる関数
として表現することができる。以下、関数Ｓ（Δｑ）を
スリット関数という。

【００１２】ここで、スリット関数Ｓ（Δｑ）は、概ね
図３（イ）あるいは（ロ）に示すような特性を有する。
すなわち、演奏者がマウスピース２１に息を吹き込む
と、吹奏圧ｐが空気圧ｑよりも大となることによって圧
力差Δｑが負値となる。この場合、圧力差Δｑが小とな
るにつれて唇３が徐々に広がってゆき、ある程度広がっ
たところで飽和する。逆に、演奏者が息を吸い込んだ場
合には、圧力差Δｑは正値となり、圧力差Δｑが大とな
るにつれて唇３が閉じてゆき、同様の飽和特性を呈す
る。

【００１３】ここで、グレアム（Graham）の法則によれ
ば、ｐ≧ｑの場合において、単位面積を単位時間に流れ
る流量（空気速度ｖ）は、次式(A1)で表わされる。ｖ＝｛２（ｐ−ｑ）／ρ）^1/2 ≡Ｌ（Δｑ） ……(A1) ただし、ρは空気密度である。また、体積流量ｆは、空
気速度ｖに開口面積Ｓを乗じたものに等しい。

【００１４】スリット関数とアンブシュアとの関係スリット関数Ｓ（Δｑ）は圧力差Δｑのみによって一律
に決定するものではなく、唇３の構え（アンブシュア）
によっても種々異なる。ここで、アンブシュアはアパチ
ュア（唇の開き具合）と、ストレイン（唇の緊張度）と
の二種類に大別することができる。以下、アパチュアお
よびストレインの各々の変化に対するスリット関数Ｓ
（Δｑ）の変化を説明する。

【００１５】(i)アパチュアに対するスリット関数Ｓ(Δ
ｑ)の変化アパチュアとは、息を吹き込まないときの開口面積Ｓで
あり、Δｑ＝０とした場合のスリット関数Ｓ（Δｑ）に
等しい。図３（イ）は、ストレインを一定とし、アパチ
ュアを変化させた場合のスリット関数Ｓ（Δｑ）の特性
の変化を示している。図において曲線Ａ1，Ａ2およびＡ
3は、順次アパチュアを大とした場合のスリット関数Ｓ
（Δｑ）の特性である。図から明らかなように、各曲線
Ａ1〜Ａ3の形状は近似しており、同じ曲線を順次右方向
にシフトしたものに略等しい。ここで、図３（イ）にお
ける各曲線Ａ1〜Ａ3は、図４に示す関数δ（ａｐ）を用
いて近似することができる。ここで、変数ａｐはアパチ
ュアである。図４の関係を式で表現すると、次式(A2)の
通りとなる。

【００１６】

【数１】ただし、ｘ＝Δｑ／ｓｔ＋δ（ａｐ）である。式(A2)を
δについて解くと、

【００１７】

【数２】となる。ただし、式(A3)右辺の±の符号は、０＜ａｐ＜
１のときは“＋”、１＜ａｐ＜２のときは“−”とな
る。式(A3)に示すδ（ａｐ）は、図４から明らかなよう
に、ａｐ→０のとき δ→＋∞、ａｐ＝１のとき０、 ……(A4) ａｐ→２のとき δ→−∞ となる単調減少関数である。すなわち、アパチュアａｐ
を大きくする場合は、δを小さくすればよいことが判
る。なお、関数δ（ａｐ）は式(A3)に基づいて与えられ
るが、例えば下式(A5)および(A6)に示すように一次式あ
るいは三次式等によって近似してもよい。 δ（ａｐ）≒−ｍ（ａｐ−１） ……(A5) δ（ａｐ）≒−ｍ（ａｐ−１）³ ……(A6) ただし、ｍは比例定数である。式(A5)および(A6)の近似
式で得られる関数δ（ａｐ）の近似値を図４（ロ）の特
性Ｃ₁およびＣ₂に示す。

【００１８】(ii)ストレインに対するスリット関数Ｓ
(Δｑ)の変化次に、図３（ロ）は、アパチュアを一定としストレイン
をを変化させた場合のスリット関数Ｓ（Δｑ）の特性の
変化を示している。図において曲線Ｂ₁，Ｂ₂およびＢ₃
は、順次ストレインを大とした場合のスリット関数Ｓ
（Δｑ）の特性を示す。ストレインの大きな（緊張し
た）唇は息を吹き込んでも開口面積Ｓはあまり変化しな
い一方、ストレインの小さな（緩んだ）唇は、前者に比
較してスリット面積Ｓの変化が大きいことが解る。

【００１９】図３（ロ）に示す曲線を近似すると、スリ
ット関数Ｓ（Δｄ）は下式(A7)で表現することができ
る。

【数３】

【００２０】ここで、 γ＝Δｑ／ｓｔ＋δ（ａｐ） ……（A8）であり、変数ｓｔはストレインを示す。種々のストレイ
ンｓｔ₁，ｓｔ₂およびｓｔ₃（但しｓｔ₁＜ｓｔ₂＜ｓ
ｔ₃）に対するスリット関数Ｓ（Δｑ）のグラフを図５
に示す。

【００２１】スリット関数の周波数選択性金管楽器の演奏者は、管の長さによって決まる基音のさ
まざまな倍音を唇によって選択して演奏する。これは、
唇がある種のフィルタとして動作し、唇の締め具合ある
いは張り具合によってフィルタ特性が変化することに基
づくものである。本発明者の解析によれば、唇の実効振
動質量ｍ、減衰定数μ、バネ定数ｋおよび実効振動面積
Ｓ_Bによって、唇が成すフィルタの振幅上昇比Ｑ、カット
オフ周波数ｆcおよびコンプライアンス（ゲイン）Ｃが
決定されることが判明した。その詳細を以下説明する。
なお、実効振動質量ｍおよび実効振動面積Ｓ_Bとは、唇
３（図２（イ）、（ロ）参照）のうち振動に供される部
分の質量および面積である。

【００２２】まず、唇３の変位をｘとすると、唇３の運
動方程式は下式（A9）によって与えられる。なお、変位
ｘの時間ｔによる微分をｘ’、時間ｔに対する２階微分
をｘ”と表記する。ｍｘ”＋μｘ’＋ｋｘ＝Δｑ・Ｓ_B ……（A9）式（A9）をラプラス変換し、伝達関数Ｈ（ｓ）を求める
と、

【数４】が得られる。さらに式（A10）を変形すると、

【００２３】

【数５】が得られる。また、一般にピークゲインが「１」（ＤＣ
ゲインがｑ）、カットオフ周波数がｆ_c、振幅上昇比が
Ｑであるアナログフィルタの伝達関数は、ａ＝２π
ｆ_C、ｂ＝１／Ｑとしたとき、

【００２４】

【数６】であることが知られている。これを式(A10)の伝達関数
Ｈ（ｓ）と比較すると、

【数７】および

【００２５】

【数８】が成立するから、振幅上昇比Ｑおよびカットオフ周波数
ｆ_Cは

【数９】および

【００２６】

【数１０】となる。ここで、伝達関数Ｈ（ｓ）の分子がＳ_R／ｍ＝
ａ²ｂ・Ｃとなったとすると、伝達関数Ｈ（ｓ）のピー
クゲインはコンプライアンスＣに等しくなることが判る
（なお、ＤＣゲインはＣ・ｂ＝Ｓ_R／ｋである）。ここ
で、このコンプライアンスＣを求めると、

【００２７】

【数１１】となる。

【００２８】図２（イ）において、唇３を緊張させる
と、マウスピースに接する唇３の筋肉が薄くなり、減衰
定数μ、実効振動質量ｍおよび実効振動面積Ｓ_Bが小と
なる。したがって、式（A16）および式（A17）によれ
ば、振幅上昇比Ｑは小となり、カットオフ周波数ｆ_cは大
となるように見える。しかし、唇を緊張させることによ
って同時にバネ定数ｋが大となり、結局は振幅比Ｑとカ
ットオフ周波数ｆ_cとが共に大となる。この場合、バネ
定数ｋは、木管楽器のシングルリード等に比較してきわ
めて大きくなるから、振幅比Ｑも木管楽器に比較してき
わめて大きくなる。これにより、金管楽器においては、
唇の緊張度のみによって特定の発音モードを設定するこ
とができる。また、式（Ａ１８）によれば、唇３を緊張
させる際に、なるべく実効振動面積Ｓ_Bや実効振動質量
ｍが小さくなり過ぎないようにアパチュアを小さくし、
バネ定数ｋのみが大となるようにすれば、ピークゲイン
が大となり、所望の音が発音されやすくなることも判
る。

【００２９】また、唇３をマウスピース２１に押し付け
た場合には、外力によって唇３を緊張させたこととほぼ
等価であるから、唇３を緊張させた場合と類似の現象を
呈する。一方、唇３を弛緩させた場合あるいは唇３のマ
ウスピース２１への押圧力を緩めた場合には、上述の現
象と逆の現象を呈する。

【００３０】ストレインｓｔの算出方法上述のように、ストレインｓｔは楽音の特性を決定する
ための重要なパラメータであるが、これは口の廻りの筋
肉（口輪筋）の緊張の度合いであるから、直接検出する
ことは困難である。しかし、唇を弛緩させて平板に軽く
押圧した状態を考えると、その押圧力が比較的小さい場
合においても平板における唇の接触面積が比較的大きい
のに対し、唇を緊張させた場合には接触面積が小さくな
ることが経験上明らかである。また、唇の緊張度を一定
に保ったまま唇の押圧力を大とすると、平板における唇
の接触面積も大となることも明らかである。

【００３１】そこで、本実施例は、上述の原理に基づい
てマウスピースに接触面積センサと圧力センサとを設
け、これらの検出値に基づいてストレインｓｔを算出す
ることとする。これらセンサの詳細については後述する
が、接触面積センサは平板状に形成され、その一面に唇
３が接触すると、その接触面積Ｓ_Lを検出して出力す
る。また、圧力センサは、上記接触面積センサの他面に
設けられ、唇３によって接触面積センサを介して押圧さ
れると、その押圧力Ｐ_Lを検出して出力する。ここで、
押圧力Ｐ_Lを一定値（Ｐ_L1）としストレインｓｔを変化
させた場合の接触面積Ｓ_Lは、図６（イ）に示すよう
な、飽和特性を有する単調減少関数となる。また、押圧
力Ｐ_Lを大きくして一定値（Ｐ_L2）として同様に接触面
積Ｓ_Lを求めると、同図（ロ）に示すような特性が得ら
れる。そして、同図（ロ）の特性は、同図（イ）の特性
を上方向に所定のシフト量だけシフトしたものに略等し
くなることが判る。

【００３２】さらに圧力Ｐ_Lを増加させると、このシフ
ト量がある値に飽和する。したがって、このシフト量を
関数Ｆ（Ｐ_L）と表記すると、関数Ｆ（Ｐ_L）は、同図
（ハ）に示すように飽和特性を有する関数となることが
判る。而して、同図（イ）、（ロ）に示された接触面積
Ｓ_Lの特性は、下式(A19)で近似される。

【数１２】

【００３３】また、同図（ハ）に示された関数Ｆ
（Ｐ_L）は下式(A20)で近似される。

【数１３】なお、式(A19)および(A20)において、θ₁，θ₂，Ｋ₁お
よびＫ₂は、各々正の定数である。次に、式(A19)および
(A20)をストレインｓｔについて解けば、下式（A21）が
得られる。

【００３４】

【数１４】従って、ストレインｓｔは、接触面積Ｓ_Lおよび押圧力
Ｐ_Lが判明すれば、式（A21）によって求められる。

【００３５】Ｂ．実施例の全体構成次に、上記前提理論に基づく本実施例の全体構成を図１
を参照し説明する。図において１は電子金管楽器の本体
部、２はこれに差し込まれたマウスピースである。マウ
スピース２の内部において４は接触面積センサであり、
演奏者の唇３が押し当てられると、唇３の接触面積を検
出して出力する。次に、５は圧力センサであり、唇３が
接触面積センサ４に押し当てられる際の押圧力を検出す
るものである。次に、６はアパチュアセンサであり、唇
３の開口面積を検出するものである。また、７は本体部
１の内部に設けられた空気圧センサであり、演奏者によ
って吹き込まれた息圧を測定する。これらセンサ４〜７
の出力信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器８〜１１を介して
デジタル信号に変換される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器８
からは唇３の接触面積を示す信号Ｓ_Lが出力され、Ａ／
Ｄ変換器９からは唇の押圧力を示す信号Ｐ_Lが出力さ
れ、Ａ／Ｄ変換器１０からは唇の開口面積を示す信号Ａ
_P1が出力され、Ａ／Ｄ変換器１１からは息圧を示す息圧
信号Ｐ_Bが出力される。

【００３６】次に、１２は演算回路であり、上記信号Ｓ
_LおよびＰ_Lと、式（A21）とに基づいて、唇の緊張度を
示す信号ｓｔを出力する。また、１３は演算回路であ
り、上記信号Ａ_P1に所定の補正を施し、信号Ａ_P2として
出力する。これは、後述するアパチュアセンサ６の特性
により信号Ａ_P1が唇３の開口面積に正確に比例しないた
め、開口面積に正確に比例する信号Ａ_P2に補正するもの
である。この補正は、図１７に示すような単調増加関数
に基づいて行われる。なお、演算回路１３は、図１７に
示すような入出力特性を有するテーブルでもよいことは
勿論である。

【００３７】次に、１４はパラメータ変換回路であり、
唇３の状態に対応する上記各信号ｓｔおよびＡ_P2を楽音
の特性に対応する各パラメータδ,Ｃ,ｆ_CおよびＱに変
換して出力する。なお、パラメータδは式(A3)において
説明した通り、アパチュアａｐに対して一義的に決定さ
れるパラメータである。また、各パラメータＣ，ｆ_Cお
よびＱは、式(A16)〜(A18)において説明した通り、それ
ぞれ楽音のピークゲイン、カットオフ周波数および振幅
上昇比を示すパラメータである。

【００３８】次に、１５は流量演算部であり、上記各パ
ラメータδ,Ｃ,ｆ_CおよびＱと、減算器１６から出力さ
れる圧力差信号Δｑ（詳細は後述する）とに基づいて、
励振信号Ｓ_Fを出力する。ここで、励振信号Ｓ_Fは、図２
（イ）のモデルにおいて、マウスピース２１の入口にお
いて発生する空気の圧力変化（粗密波）に相当する信号
である。

【００３９】励振信号Ｓ_Fは、ジャンクション１７によ
り後退波圧力Ｒと加算され進行波Ｆとなって管体実現回
路１８に供給入力される。管体実現回路１８は、管体に
おける振動の伝搬遅延をシミュレートする遅延回路、管
体の損失をシミュレートするローパスフィルタ、および
終端部２０ｅにおける振動の反射をシミュレートする反
転回路等を閉ループ接続して成るものであり、全体とし
て図２（イ）のモデルにおける本体部２０をシミュレー
トするものである。すなわち、管体実現回路１８内の閉
ループにあっては、図２における進行波Ｆに対応する進
行波信号Ｓ_Fが伝搬される。この進行波信号Ｆは、サウ
ンドシステム１９を介して取り出され、楽音信号として
出力される。また、終端部をシミュレートする反転回路
においては進行波信号Ｆが反射されることによって反射
波信号Ｒが発生する。この反射波信号Ｒは、進行波信号
Ｆの伝搬方向の逆方向に伝搬され、ジャンクション１７
で進行波信号Ｆに加算され、圧力Ｓ_Rとなって減算器１
６に供給される。

【００４０】なお、このようなジャンクション１７およ
び管体実現回路１８については、木管楽器をシミュレー
トするために使用される周知のジャンクションおよび管
体実現回路と同様のものを使用すればよく、例えば、特
願平１−１０１３０８、特願平１−２５９７３５あるい
は特願平１−２５８２２９等において、本出願人によっ
て開示された種々の回路を使用すると好適である。減算
器１６においては、反射波信号Ｓ_Bから息圧信号Ｐ_Bが減
算され、減算結果が圧力差信号Δｑとして、上述したよ
うに励振回路１５に供給される。以下、上述の全体構成
における各部の詳細を説明する。

【００４１】Ｃ．センサ部の構成まず、マウスピース２に設けられた各センサ４，５，６
の詳細を図７を参照し説明する。マウスピース２における各センサの配置図において、マウスピース２は絶縁材料を略漏斗状に形
成して成るものであり、その広口部２ａは、内周壁が軸
方向に沿って順次大径となる同心円の階段状に切り欠か
れ、そのうち最も大径である第１段目には雌ねじ部２ｂ
が形成されている。また、３０はリムカンターであり、
金属または樹脂が略円筒状に形成されて成るものであ
り、その一端３０ａから他端３０ｂに向かって内径が小
となっている。また、他端３０ｂ付近は外周壁の全周が
軸方向に沿って切り欠かれ、雌ねじ部２ｂに螺合する雄
ねじ部３０ｃが形成されている。

【００４２】次に、階段状の切欠部の第２段目には、接
触面積センサ４と、圧力センサ５とが嵌めこまれてい
る。接触面積センサ４は、同心状の貫通孔４ａが設けら
れるとともに、その外径が階段状の切欠部の第２段目に
等しい円盤状に形成されている。圧力センサ５は、その
外径が接触面積センサ４に等しく、かつ、貫通孔４ａと
同径の同心状の貫通孔５ａが設けられた円盤状に形成さ
れている。

【００４３】次に、階段状の切欠部の第３段目には、独
立気泡型の弾性体３１が設けられている。弾性体３１
は、その外径が切欠部の第３段目に等しく、かつ、孔４
ａと同径の同心状の貫通孔３１ａが設けられた円盤状に
形成されている。次に、アパチュアセンサ６は、その半
径が孔４ａの半径よりもやや小さな円柱状に形成され、
貫通孔４ａ、５ａ、３１ａの中央部を挿通し、略漏斗状
の支持部材３２によって固定されている。また、支持部
材３２の側壁には空気抜き用の貫通孔３２ａが設けられ
ている。

【００４４】次に、３３〜３７は電極であり、リード線
３８を介して接触面積センサ４、圧力センサ５およびア
パチュアセンサ６に接続されている。また、本体部１に
は、それぞれが上記電極３３〜３７に接触する電極（図
示せず）が設けられている。また、マウスピース２には
軸方向にガイド用突条２ｃが設けられており、本体部１
にはこれに嵌合する凹部１ａが形成されている。

【００４５】接触面積センサ４の構成次に、接触面積センサ４の構成を図８（イ）、（ロ）を
参照し説明する。同図（イ）において４０は導体板であ
り、接触面積センサ４の上面を覆うような円環状に形成
されている。また、４１は抵抗皮膜であり、導体板４０
の下面に接合されている。また、４４は導体板４０と同
様に形成された導体板であり、所定の微少距離を隔てて
抵抗皮膜４１に対向している。また、４２および４３は
リング状のスペーサであり、抵抗皮膜４１と導体板４４
との間の周縁部に挟まれている。

【００４６】次に、同図（ロ）に、導体板４０の上面に
唇３が押圧された場合の断面図を示す。図において、導
体板４０における唇３が押圧されると、導体板４０と抵
抗皮膜４１とが撓み、抵抗皮膜４１が導体板４４に接触
する。そして、この接触面積は導体板４０における唇３
の接触面積Ｓ_Lに略等しい。従って、導体板４０と導体
板４４との間の抵抗値の逆数は接触面積Ｓ_Lに比例する
ことになり、この抵抗値の逆数を測定すれば接触面積Ｓ
_Ｌを検出することが可能である。

【００４７】圧力センサ５の構成次に、圧力センサ５の構成を図９（イ）、(ロ）を参照し
説明する。同図（イ）において圧力センサ５は、円環状
の絶縁板４６と、絶縁板４６の下面に形成された抵抗皮
膜４７〜５０とから構成されている。なお、絶縁板４６
は、例えばポリエステルフィルムベースあるいはポリプ
ロピレンフィルムベースを使用すると好適である。ここ
で、抵抗皮膜４７〜５０の抵抗値は、絶縁板４６が撓ん
でいない状態において同一値Ｒになるように形成されて
いる。また、接触面積センサ４と圧力センサ５とを重ね
合わせ、接触面積センサ４に唇３を押圧した状態の断面
図を同図（ロ）に示す。図示のように絶縁板４６が撓む
ことにより、抵抗皮膜４８、４９は半径方向に広がるよ
うに変形するから、これら抵抗皮膜の抵抗値が大とな
る。一方、抵抗皮膜４７、５０は半径方向に縮むように
変形するから、これら抵抗皮膜の抵抗値が小となる。そ
して、唇３の押圧力が大となるほど抵抗皮膜４７〜５０
の抵抗値の変化分が大となるから、これら抵抗皮膜４７
〜５０の抵抗値に基づいて唇３の押圧力を測定すること
が可能である。その具体的回路構成を図１０に示す。

【００４８】図において各抵抗皮膜４９，４７，４８，
５０は順次環状に接続され、ブリッジを成している。そ
して、抵抗皮膜４９，５０の接続点と抵抗皮膜４７，４
８の接続点との間には、定電圧源５１を介して所定電圧
Ｖ_Bが印加される。ここで、圧力センサ５が撓んでいな
い状態においては、各抵抗皮膜４７〜５０の抵抗値は一
定値Ｒになるから、抵抗皮膜４７，４９の接続点と抵抗
皮膜４８，５０の接続点との間の電圧Ｖ_Cは「０」ボル
トになる。次に、図９（ロ）に示すように圧力センサ５
が撓むと、抵抗皮膜４７〜５０の抵抗値が変化するが、
ここで抵抗皮膜４７，５０の抵抗値がＲ−ΔＲ、抵抗皮
膜４８，４９の抵抗値がＲ＋ΔＲになったとすると、電
圧Ｖ_Cは次式（C1）に示す通りとなる。

【数１５】

【００４９】次に、５２は差動増幅器であり、上記電圧
Ｖ_Cを増幅し電圧Ｖ_OUTとして出力する。差動増幅器５２
の増幅率は、その内部に設けられた抵抗器５３〜５６の
抵抗値によって決定される。すなわち、抵抗器５５、５
６の抵抗値をｒ₁とし、抵抗器５３、５４の抵抗値をｒ₂
とすると、差動増幅器５２の増幅率はｒ₁／ｒ₂となる。
また、差動増幅器５２には、オペアンプ５８、抵抗器５
９，６１および可変抵抗器６０から成るゼロ電位調節回
路が設けられている。従って、差動増幅器５２の出力電
圧Ｖ_OUTは、次式（C2）に示す通りとなる。ここで、抵
抗の変位量ΔＲが唇３の押圧力に比例するものとする
と、唇３の押圧力に比例した電圧Ｖ_OUTが出力されるこ
とが判る。

【数１６】

【００５０】アパチュアセンサ６の構成次に、アパチュアセンサ６の構成を図１１を参照し説明
する。図においてアパチュアセンサ６の上面には、光６
５を放射する発光素子６３と、光６５が入射するとその
抵抗値が小となるｃｄｓ等の受光素子６４とが設けられ
ている。また、６６は定電流源であり、受光素子６４と
並列に接続されている。また、６７は加算回路であり、
受光素子６４の光量に応じて決定される抵抗を抵抗Ｒと
すると、定電流源６６から出力された電流をＩとしたと
き、受光素子６４の両端にＥ＝ＩＲなる電圧Ｅが発生
し、これが加算回路６７に印加される。従って、光６５
が受光素子６５に入射した場合には加算回路６７に印加
される電圧が小となることが判る。

【００５１】また、アパチュアセンサ６の上面には、発
光素子６３と同様に構成された多数の発光素子と、受光
素子６４と同様に構成された発光素子と同数の受光素子
とが設けられている。そして、各受光素子は、受光素子
６４と同様に、対応する定電流源を介して加算回路６７
に接続されている。そして、加算回路６７は、各受光素
子の両端に現れた電圧を加算し、加算結果を出力する。
上記構成によれば、唇３が受光素子に近接して存在する
と、発光素子から放射された光が唇３に反射され、当該
受光素子に入射し、加算回路６７に印加される電圧が小
となる。逆に、唇３が受光素子から近接して存在してい
ない場合には、加算回路６７に印加される電圧が大とな
る。従って、開口面積Ｓ（図２(ロ)参照）が大となるほ
ど加算回路６７の出力レベルが大となることが判る。

【００５２】センサ部の変形例上述した各センサ４，５，６は、例えば以下のように種
々の変形が可能である。 (i)変形例１図９における圧力センサ５には、４素子の抵抗皮膜４７
〜５０が設けられているが、図１２（イ）、（ロ）に示
すように、抵抗皮膜の数は２素子であってもよく、１素
子であってもよい。また、図９（ロ）においては、抵抗
皮膜４７〜５０の設けられる面を下面としているが、こ
れら抵抗皮膜を上面（接触面積センサ４に対向する面）
に設けても良い。

【００５３】(ii)変形例２各センサ４，５の配置は、図１３（イ）に示すように変
形してもよい。図において弾性体３１は、接触面積セン
サ４と圧力センサ５との間に介挿されている。

【００５４】(iii)変形例３各センサ４，５の配置は、図１３（ロ）に示すように変
形してもよい。図において弾性体３１は内側に向かって
テーパー状に形成されており、接触面積センサ４および
圧力センサ５もこれに反ってテーパー状になっている。
また、マウスピース２の内壁面には、抵抗皮膜５０に当
接する弾性強化リング６８が固着されている。上記構成
によれば、唇３（図示せず）が接触面積センサ４に押圧
された際、抵抗皮膜５０が大きく曲がることにより、そ
の感度が高くなることが判る。また、弾性強化リング６
８を設ける代わりに、同図（ハ）に示すように、マウス
ピース２を内側に向かって厚く形成し、その内壁を抵抗
皮膜５０に当接させることによっても同様の効果が得ら
れる。

【００５５】(vi)変形例４各センサ４，５，６の配置は、図１４に示すように変形
してもよい。図において接触面積センサ４と圧力センサ
５とは所定距離隔てて設けられており、両者の間にはば
ね保持部材７０、コイルばね７１およびばね保持部材７
２が順次隔てて設けられている。ばね保持部材７０は接
触面積センサ４に固着されるとともに、コイルばね７１
の一端を保持している。同様に、ばね保持部材７２は圧
力センサ５に固着されるとともに、コイルばね７１の他
端を保持している。また、図において圧力センサ５の下
方には、弾性体７３が充填されている。次に、７４はア
パチュアセンサ６を支持する支持部材であり、円筒状に
形成されるとともにするとともに、その外壁から内壁に
貫通する貫通孔７４ａが設けられ、マウスピース２の内
壁面に固着されている。

【００５６】上記構成によれば、唇３（図示せず）が接
触面積センサ４に押圧されると、コイルばね７１を介し
て圧力センサ５が押圧され、その押圧力が検出される。
ここで、唇３の押圧力に微小なゆらぎがあった場合、こ
のゆらぎがコイルばね７１で吸収され、圧力センサ５に
は伝達されない。したがって、コイルばね７１はノイズ
吸収手段として機能することが判る。なお、ばね保持部
材７０および７２は、それぞれ接触面積センサ４および
圧力センサ５と一体成型してもよいことは言うまでもな
い。

【００５７】(v)変形例５圧力センサ５に使用される絶縁板４６は平板でなくても
よく、例えば図１５（イ）に示すように、抵抗皮膜４７
〜５０が接合される箇所の裏側に円環状の溝４６ａ〜４
６ｄを形成してもよい。上記構成によれば、唇３（図示せず）が接触面積センサ
４に押圧されると、絶縁板４６において溝４６ａ〜４６
ｄの形成された箇所における曲率が大となるから、圧力
検出の感度が向上する。また、図示のように、マウスピ
ース２の内壁が抵抗皮膜５０の中央付近に位置するよう
に形成すると、この効果が一層顕著になる。また、図１
５（イ）における絶縁板４６は、同図（ロ）に示すよう
に構成してもよい。図において、絶縁板４６には環状の
絶縁板７５〜７７が所定間隔隔てて固着されている。そ
して、これら絶縁板７５〜７７間における絶縁板４６の
露出箇所が、抵抗皮膜４７〜５０の接合された箇所の裏
面になっている。

【００５８】(vi)変形例６アパチュアセンサ６は、図１６に示すように構成しても
よい。図においてアパチュアセンサ６は、支持金具７８
ａに取り付けられたＬＥＤ７８と、このＬＥＤ７８から
放射された光を検出するｃｄｓ等の受光素子７９とから
構成されている。そして、演奏者の口腔内にＬＥＤ７８
を挿入すると、唇３（図示せず）の開口面積に応じて受
光素子７９へ入射する光量が決定されるから、この光量
を検出することによってアパチュアを検出することがで
きる。

【００５９】Ｄ．パラメータ変換回路の構成次に、図１におけるパラメータ変換回路１４の構成につ
いて説明する。パラメータ変換回路１４は、図１８に示
すように、演算回路８０〜８５から構成されている。演算回路８０は、アパチュアを示す信号Ａ_P2が供給され
ると、これを式(A3)（あるいは式(A5)または(A6)）に基
づいてパラメータδに変換する。また、演算回路（またはテーブル）８１は、ストレイン
を示す信号ｓｔとアパチュアを示す信号Ａ_P2とが供給さ
れると、２変数関数（またはテーブル）に基づいて唇の
実効振動面積を示すパラメータＳ_Bを出力する。ここ
で、実際の金管楽器のマウスピースに唇を当接させて演
奏する場合を想定すると、アパチュアＡ_P2が一定のと
き、唇を弛緩させた場合においては唇が厚く丸みを帯び
ており、唇を緊張させるほど唇が薄く平になりマウスピ
ースの内にあって振動する唇の表面積Ｓ_Rが小となるこ
とが明らかである。従って、アパチュアＡ_P2を一定に保
つとき、パラメータＳ_Bは信号ｓｔに対する単調減少関
数になる。

【００６０】一方、ストレインｓｔを一定に保つとき、
アパチュアを小さくすると、マウスピースの中にあって
振動し得る唇の表面積Ｓ_Rは大きくなる。よってパラメ
ータＳ_Rはストレインｓｔが一定のとき、アパチュアＡ
_P2の単調減少関数である。また、演算回路（またはテー
ブル）８２は、信号ｓｔを、唇の減衰定数を示すパラメ
ータμに変換する。ここで、実際の演奏者の唇に振動を
与えた場合を想定すると、唇を緊張させるほど唇が固く
なり、唇の振動が減衰しにくくなるから、減衰定数が小
となる。従って、パラメータμは、信号ｓｔに対する単
調減少関数になる。

【００６１】また、演算回路（またはテーブル）８３
は、信号ｓｔを、唇のバネ定数を示すパラメータｋに変
換する。ここで、実際の演奏者の唇は、緊張させるほど
固くなり、バネ定数が大となるから、パラメータｋは信
号ｓｔに対する単調増加関数になる。また、演算回路
（またはテーブル）８４は、信号ｓｔと信号Ａ_P2とが供
給されると、２変数関数（またはテーブル）に基づいて
唇の実効振動質量を示すパラメータｍを出力する。上述
したように、アパチュアＡ_P2が一定である場合における
実際の演奏者の唇は、唇を緊張させるほど唇が薄く平に
なり、マウスピースの内において振動し得る唇の質量ｍ
が小となる。従って、パラメータｍは信号ｓｔに対する
単調減少関数になる。一方、ストレインｓｔを一定に保
つとき、アパチュアを小さくするとマウスピースの内に
おいて振動し得る唇の質量ｍは大きくなる。従って、パ
ラメータｍは、ストレインｓｔが一定のときは、アパチ
ュアＡ_P2の単調減少関数である。これら演算回路８１〜
８４によって得られた各パラメータＳ_B，μ，ｋおよび
δは、演算回路８５に供給される。演算回路８５は、式
(A16)〜(A18)に基づいて、それぞれ楽音の振幅上昇比、
カットオフ周波数およびピークゲインを示すパラメータ
Ｑ，ｆ_cおよびＣを算出し、出力する。

【００６２】Ｅ．励振回路１５の構成励振回路１５の全体構成次に、励振回路１５の構成を図１９を参照し説明する。
まず、減算器１６（図１参照）から出力される圧力差信
号Δｑは、フィルタ８７を介してダイナミックスフィル
タ８８およびグレアム関数テーブル９２に供給される。
ここで、フィルタ８７は、圧力差信号Δｑから高調波成
分を除去することによって寄生発振を防止するものであ
る。また、９２はグレアム関数テーブルであり、フィル
タ８７を介して圧力差信号Δｑが供給されると、これに
式(A1)の演算（グレアム関数）を施し、その結果を速度
信号ｖとして乗算器９１に供給する。

【００６３】一方、ダイナミックスフィルタ８８は、圧
力差信号Δｑ、パラメータＱ，ｆ_cおよびＣに基づい
て、唇３の変位を示す変位信号ｘを出力する。なお、ダ
イナミックスフィルタ８８の詳細は後述する。次に、変
位信号ｘは、加算器８９においてパラメータδと加算さ
れ、パラメータδ₁としてスリット関数テーブル９０に
供給される。スリット関数テーブル９０は、パラメータ
δ₁に

【数１７】なる変換を施し、変換結果たるパラメータＳを乗算器９
１に供給する。ここで、式(E1)は式(A2)と同形であるか
ら、式(A3)の逆関数である。したがって、δ₁＝δとし
た場合、すなわちｘ＝０である場合にはパラメータＳは
アパチュアを示すパラメータＡ_P2に等しくなる。しか
し、パラメータδ₁は、パラメータδに変位信号ｘが加算
されたものであるから、変位信号ｘの増減に応じてパラ
メータＳが増減される。これにより、パラメータＳは、
図２（ロ）に示す実際の金管楽器の演奏における唇の開
口面積Ｓをシミュレートするものであることが判る。

【００６４】次に、乗算器９１は、速度信号ｖとパラメ
ータＳとを乗算し、乗算結果を流量信号ｆとして出力す
る。流量信号ｆは乗算器９３において定数ｚと乗算され
る。ここで、定数ｚは、図２（イ）の物理モデルにおい
てマウスピース２１および共鳴管２０の空気流に対する
抵抗、すなわち空気流量と空気圧との比例定数である。
したがって、乗算器３からは、空気圧変化を示す信号Ｓ
_Fが出力される。そして、信号Ｓ_Fは、ジャンクション１
７で後退波Ｒと加算され、進行波信号Ｆとして管体実現
回路１８を介して伝搬される。

【００６５】ダイナミックスフィルタ８８の構成次に、ダイナミックスフィルタ８８の構成についてさら
に詳細に説明するが、説明の都合上、まず、参考となる
アナログフィルタの構成を図２０を参照し説明する。(i)参考用アナログフィルタの構成図２０に示すアナログフィルタ（ダイナミックスフィル
タ）は、式(A11)をアナログ回路で表現したものであ
り、図において１１０は減算器、１１１，１１２は積分
器、１１３〜１１５は、それぞれ入力された信号にパラ
メータμ／ｍ，ｋ／ｍおよびＳ_B／ｍを乗算して出力す
る乗算器である。

【００６６】(ii)ダイナミックスフィルタ８８の前提理
論ところで、図２０のダイナミックスフィルタはパラメー
タＳ_B，μ，ｋおよびｍを直接入力することによって唇
３の変位を示す変位信号ｘを出力するように構成したも
のであるが、楽音そのものの特性たるパラメータＱ，ｆ
_cおよびＣに基づいて変位信号ｘを出力するようにダイ
ナミックスフィルタを構成すると、楽音の制御を一層容
易に行うことができる。そこで、パラメータＱ，ｆ_cお
よびＣに基づく伝達関数を求める。まず、図２０に示す
ダイナミックスフィルタの伝達関数Ｈ（ｓ）を、

【数１８】とする。但し、式(E3)において、b＝１／Ｑ、a＝2πｆ_c
である。ここで、式(E3)の振幅特性たる｜Ｈ（ｓ）｜を
プロットすると、図２２のようになり、このダイナミッ
クスフィルタが２次のローパスフィルタの特性を示すこ
とが判る。

【００６７】次に、アナログフィルタの伝達関数をデジ
タルフィルタで近似するための変換手法として整合ｚ変
換が知られているが、一般的に

【数１９】なる形の伝達関数を整合ｚ変換すると、

【数２０】なる形になることが知られている。従って、式(E5)にお
いてＬ＝１として式(E3)を整合ｚ変換すると、

【数２１】が得られる。さらに、式(E6)において,

【数２２】と近似すると、式（E6）の分母は以下の通りとなる。分母≒1-2(1-aTb/2)(1-a²T²(1-b²/4)/2)z^-1+(1-aTb/2)² ＝1-2(1-aTb/2+a²T²(1-b²/4)/2+a³T³b(1-b²/4)/4)z^-1+(-aTb+a²T²b²/4)z^-2 ……（Ｅ
８）

【００６８】ここで、ａＴ＜＜１として“ aT ”の３
次以降を無視すると、分母≒1-2z^-1+(aTb+a²T²(1-b²/4))z^-1+z^-2+(-aTb+a²T²b²/4)z^-2 ……(E9) となる。従って、伝達関数Ｈ（ｚ）は以下の通り近似さ
れる。

【数２３】

【００６９】図１９におけるダイナミックスフィルタ８
８は、式(E10)に基づいて構成されたものである。図に
おいて９５、９８は乗算器であり、それぞれ通過する信
号に２πｆ_c／Ｆ_S（ただしＦ_Sは標本化周波数）を乗算
して出力する。また、９６、１０１、１０２、１０４、
１０６および１０７は乗算器であり、それぞれ通過する
信号に”２”、”１／２”、”１／２”、１／２Ｑおよ
び１／２Ｑを乗算して出力する。次に、９４、９９、１
０５および１２８は減算器、９７、１００および１２７
は加算器、１０８および１０９は標本化周期と同一の遅
延時間を有する遅延回路である。ダイナミックススフィ
ルタ８８のうち、減算器９４から加算器１２７に至る部
分が式(E10)に対応する部分である（式(E3)〜(E10)にお
いてはピークゲインは「１」である。）。そして、加算
器１２７の出力信号は乗算器１０３に供給され、ピーク
ゲインＣと乗算され、変位信号ｘとして出力される。

【００７０】変形例上述の励振回路１５は、例えば以下のように変形が可能
である。 (i)変形例１ダイナミックスフィルタ８８は、図２０において説明し
たダイナミックスフィルタと同様の動作を行うデジタル
フィルタに置き換えてもよい。なお、この変形例が採用
される場合においては、図１８における演算回路８５を
省略することができることは勿論である。以下、図２１
を参照しこのデジタルフィルタの詳細を説明する。図に
おいて１１６は減算器であり、信号Δｑから乗算器１２
１の出力信号を減算して出力する。

【００７１】次に、１１７は加算器であり、１２４はデ
ジタル信号の供給されるサイクルタイムと同一の遅延時
間を有する遅延回路である。加算器１１７から出力され
た信号は、遅延回路１２４に入力され、１サイクルタイ
ムだけ遅延され、加算器１１７に供給される。そして、
加算器１１７においては減算器１１６の出力信号と遅延
回路１２４の出力信号とが加算され、加算結果が再び遅
延回路１２４に供給される。すなわち、加算器１１７と
遅延加算器１２４とは積分回路を構成し、加算器１１６
の出力の積分値が出力されることが判る。また、これと
同様に、加算器１１８と遅延回路１２５とによって積分
回路が構成され、加算器１１７の出力の積分値が出力さ
れる。加算器１１８の出力信号は、乗算器１１９を介し
て１／ｍ倍され、さらに乗算器１２０を介してＳ_B倍さ
れ、信号ｘとして出力される。

【００７２】一方、加算器１１７の出力信号は、遅延回
路１２４を介して乗算器１２２に供給され、ここでμ倍
された後、加算器１２６に供給される。同様に、加算器
１１８の出力信号は、遅延回路１２５を介して乗算器１
２３に供給され、ここでｋ倍された後、加算器１２６に
供給される。次に、乗算器１２２，１２３の出力信号が
加算器１２６を介して加算され、加算結果が乗算器１２
１を介して１／ｍ倍され、減算器１１６に供給される。
減算器１１６においては、圧力差信号Δｑから乗算器１
２１の出力信号が減算され、減算結果が加算器１１７に
供給される。すなわち、減算器１１６においてフィード
バック操作が行われ、その伝達関数Ｈ（ｚ）＝Ｘ（ｚ）
／ΔＱ（ｚ）は式(A11)に示されるアナログの伝達関数
を近似的にデジタルに置き換えたものに等しいとみなさ
れる。

【００７３】Ｆ．実施例の動作次に、図１を参照し上記実施例の動作を説明する。ま
ず、接触面積センサ４に演奏者の唇３が押し当てられる
と、唇３の接触面積に対応する信号が接触面積センサ４
から出力される。この信号は、Ａ／Ｄ変換器８を介し
て、デジタル信号Ｓ_L’に変換され、演算回路２２に供
給される。この演算回路２２は、Ａ／Ｄ変換器８の出力
レベルが接触面積に正確に比例しないことに鑑みて設け
られた演算回路であり、例えば、

【数２４】なる計算式に基づいて信号Ｓ_Lを算出し演算回路１２に
供給する。また、これと同時に、唇３が接触面積センサ
４に押し当てられる際の押圧力を示す信号が圧力センサ
５から出力される。この信号は、Ａ／Ｄ変換器９を介し
てデジタル信号ＰLに変換され、演算回路１２に供給さ
れる。また、唇３の開口面積（アパチュア）を示す信号
がアパチュアセンサ６から出力され、Ａ／Ｄ変換器１０
を介してデジタル信号Ａ_P1に変換され、演算回路１３に
供給される。さらに、演奏者によって吹き込まれた息の
息圧を示す信号が空気圧センサ７を介して出力され、Ａ
／Ｄ変換器１１を介してデジタル信号Ｐ_Bに変換され
る。

【００７４】次に、演算回路１２において、上記信号Ｓ
_LおよびＰ_Lと、式（A21）とに基づいて、唇の緊張度を
示す信号ｓｔが出力される。また、演算回路１３におい
ては、上記信号Ａ_P1が唇３の開口面積に正確に比例する
ように補正され、信号Ａ_P2として出力される。次に、上
記信号ｓｔおよびＡ_P2がパラメータ変換回路に供給され
ると、ここで各パラメータδ,Ｃ,ｆ_CおよびＱが算出さ
れ、励振回路１５に供給される。また、息圧信号Ｐ_Bは
減算器１６に供給され、減算器１６において反射波信号
Ｓ_Rから息圧信号Ｐ_Bが減算され、減算結果が圧力差信号
Δｑとして励振回路１５に供給される。なお、初期状態
においては、反射波信号Ｓ_Ｒのレベルは「０」であるか
ら、息圧信号Ｐ_Bの符号を反転したものが圧力差信号Δ
ｑとして励振回路１５に供給される。

【００７５】次に、励振回路１５においては、フィルタ
８７（図１９参照）を介して圧力差信号Δｑがダイナミ
クスフィルタ８８およびグレアム関数テーブル９２に供
給される。ダイナミクスフィルタ８８においては、上記
各パラメータδ,Ｃ,ｆ_CおよびＱと、圧力差信号Δｑと
に基づいて、唇３の変位をシミュレートする変位信号ｘ
が出力され、加算器８９を介してパラメータδと加算さ
れる。この加算結果はパラメータδ₁としてスリット関
数テーブル９０に供給され、唇３の開口面積を示す信号
Ｓが出力される。

【００７６】一方、グレアム関数テーブル９２において
は、圧力差信号Δｑに基づいて速度信号ｖが算出され、
この速度信号ｖが乗算器９１に供給される。乗算器９１
においては、速度信号ｖとパラメータＳとが乗算され、
乗算結果が流量信号ｆとして出力される。そして、この
流量信号ｆは乗算器９３において定数ｚと乗算され、進
行波信号Ｓ_Fとしてジャンクション１７を介して管体実
現回路１８に供給入力される。

【００７７】管体実現回路１８においては、その内部に
設けられた遅延回路およびローパスフィルタ等（図示せ
ず）を介して進行波信号Ｓ_Fが伝搬され、反転回路（図
示せず）において反射波信号Ｓ_Rが発生する。そして、
反射波信号Ｓ_Rは、上記遅延回路およびローパスフィル
タ等を介して逆方向に伝搬され、ジャンクション１７を
介して減算器１６に供給される。次に、減算器１６にお
いて反射波信号Ｓ_Rから息圧信号Ｐ_Bが減算され、減算結
果が圧力差信号Δｑとして励振回路１５に供給される。
そして、この圧力差信号Δｑに基づいて新たな進行波信
号Ｓ_Fが出力され、上述の動作と同様の動作が繰り返さ
れる。そして、進行波信号Ｓ_Fは、サウンドシステム１
９を介して出力され、金管楽器の楽音がシミュレートさ
れる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明した通り本発明の楽音合成装置
によれば、演奏者の唇の状態に基づいて励振手段の特性
が決定されるから、金管楽器の楽音を忠実にシミュレー
トすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の電子金管楽器の全体構成のブロッ
ク図である。

【図２】自然金管楽器の発音機構の物理モデルの説明
図である。

【図３】唇３のスリット関数の特性図である。

【図４】関数δおよび近似式の特性図である。

【図５】ストレインに対するスリット関数の特性図で
ある。

【図６】唇３のストレインｓｔに対する接触面積Ｓ_Ｌ
の特性図である。

【図７】マウスピース２の一部切欠斜視図である。

【図８】接触面積センサ４の断面図である。

【図９】圧力センサ５の平面図およびその動作説明図
である。

【図１０】圧力センサ５の付帯回路の回路図である。

【図１１】アパチュアセンサ６の動作説明図である。

【図１２】圧力センサ５の変形例の平面図である。

【図１３】マウスピース２の変形例の要部の断面図で
ある。

【図１４】マウスピース２の変形例の一部切欠斜視図
である。

【図１５】圧力センサ５の変形例の断面図である。

【図１６】アパチュアセンサ６の変形例の正面図であ
る。

【図１７】演算回路１３の特性図である。

【図１８】パラメータ変換回路１７のブロック図であ
る。

【図１９】励振回路１５のブロック図である。

【図２０】励振回路１５の変形例のブロック図であ
る。

【図２１】励振回路１５の変形例のブロック図であ
る。

【図２２】励振回路１５の周波数特性図である。

【符号の説明】

２マウスピース４接触面積センサ５圧力センサ（押圧力測定手段）６アパチュアセンサ（開口面積測定手段）１５励振回路（励振手段、圧力波信号制御手段、共振
周波数制御手段）１６減算器（減算手段）１８管体実現回路（管体線形部模擬手段）８０〜８５演算回路（励振特性制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１０Ｈ 7/08 Ｇ１０Ｈ 7/00 ５３１

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】演奏者の息圧を検出する息圧測定手段
と、前記息圧に対応した息圧信号と帰還信号とを演算し、演
算結果を圧力信号として出力する演算手段と、前記圧力信号を入力し励信信号を出力する励振手段と、前記励振信号を入力として、少なくとも所定時間の遅延
を施こして前記演算手段に前記帰還信号を与える信号伝
送手段と、演奏者の唇の開口面積を検出する開口面積測定手段とを
有する楽音合成装置であって、前記励振手段は、前記検
出された開口面積に応じて前記励振信号を制御すること
を特徴とする楽音合成装置。
【請求項２】演奏者の息圧を示す息圧を検出する息圧
測定手段と、前記息圧に対応した息圧信号と帰還信号とを演算し、演
算結果を圧力信号として出力する演算手段と、前記圧力信号を入力し励信信号を出力する励振手段と、前記励振信号を入力として、少なくとも所定時間の遅延
を施こして前記演算手段に前記帰還信号を与える信号伝
送手段と、演奏者の唇が押圧されるマウスピースと、前記マウスピースに対する前記唇の各々独立した２つの
状態を検出する第１および第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手段の検出結果を入力し、前
記励振手段の励振特性を制御する信号を出力する励振特
性制御手段とを有する楽音合成装置であって、前記励振
手段は、前記検出された開口面積に応じて前記励振信号
を制御することを特徴とする楽音合成装置。