JP2650509B2 - 音像定位装置 - Google Patents

音像定位装置

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JP2650509B2 JP3116083A JP11608391A JP2650509B2 JP 2650509 B2 JP2650509 B2 JP 2650509B2 JP 3116083 A JP3116083 A JP 3116083A JP 11608391 A JP11608391 A JP 11608391A JP 2650509 B2 JP2650509 B2 JP 2650509B2
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康之 梅山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ピアノの弦の振動が
共鳴する響板上の振動伝播をシミュレートする音像定位
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電子的に形成された楽音信号
を自然楽器をシミュレートした響きにするための効果装
置が提案されている。この響きを実現するため、残響の
長さや残響が聞こえてくる方向などをシミュレートす
る。このような装置として、たとえば特開平2−132
493号に示す音像定位装置がある。この装置は、前後
左右の音像定位信号に基づいて複数チャンネルに所定の
レベルで楽音信号を割り振ることにより、三次元におけ
る音像定位を実現するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
式では、音像を定位するための制御要素は各発音チャン
ネルの発音レベル(音量)のみであるため、音像定位感
が明瞭でなく、また楽音の空間的な広がりを再現するこ
とができない欠点があった。
【0004】たとえば、実際のピアノを演奏した場合、
弦の振動が直接伝わるのみならず、その振動が駒を介し
て響板に伝播し響板全体の響きとなって広がる。この響
きにはさまざまの共鳴や反響が複雑に混合されているた
め、単純な音量レベルの調整による合成では再現できな
かった。
【0005】この発明は駒を介して響板に伝播する楽音
信号の伝播特性をシミュレートするフィルタを設けたこ
とによりピアノの響板での響きを再現できる音像定位装
置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、ピアノの弦
の振動をシミュレートした楽音信号を供給する楽音信号
供給手段と、前記楽音信号が入力されこの楽音信号が駒
を介して響板に伝達する状態をシミュレートするフィル
タ手段と、フィルタ手段から出力された楽音またはフィ
ルタ手段および前記楽音供給手段から出力された楽音を
音響として出力する手段と、を備えたことを特徴とす
る。
【0007】
【作用】この発明の音像定位装置では、ピアノの弦の振
動をシミュレートした楽音信号を駒を介して響板に伝播
する状態をシミュレートするフィルタ手段に通過させ
る。このフィルタ手段は、たとえば、実際のピアノで測
定された駒から響板へのインパルス応答特性をシミュレ
ートするFIRフィルタなどを用いることができる。フ
ィルタ手段を通過した楽音信号は、それぞれ所定のチャ
ンネルから音響として出力される。これによって、弦の
振動が実際に響板で反響するような楽音信号の定位を実
現することが可能になる。
【0008】
【実施例】図1はこの発明においてシミュレートされる
グランドピアノPを示し、このピアノにおいて駒の振動
が響板に伝播する特性を測定するために設定された点を
示す図である。同図において、A,Bは駒を示してい
る。このピアノの弦は、この駒に張架される。この駒上
で響きに特に関与する代表的な5点D1〜D5を駆動点
として設定する。また、響板上で響きに関与する代表的
な3点を測定点a,b,cとして設定する。駆動点D1
〜D5に音響インパルスを発する発音源を設置し、測定
点a,b,cに音響センサを設ける。音像定位装置では
測定点a,b,cの位置にスピーカが設置される。伝播
特性の測定時には、駆動点D1〜D5の順に順次音響イ
ンパルスを発する。各音響インパルスは響板を伝播して
測定点a〜cに達する。各測定点に設けられた音響セン
サがこれを検出する。その応答波形をそれぞれ記憶して
おく。応答波形は、D1→a,D1→b,D1→c,D
2→a,D2→b,D2→c,D3→a,D3→b,D
3→c,D4→a,D4→b,D4→c,D5→a,D
5→b,D5→cの15の組み合わせがある。
【0009】図2〜図7は上記測定結果を適用した音像
定位装置を示す図である。図1の駆動点−測定点間で測
定されたインパルス応答特性は伝播特性シミュレート回
路15(図6)でシミュレートされる。
【0010】図2おいて、この音像定位装置には弦モデ
ル10から楽音信号が供給される。
【0011】弦モデル10は図4〜図6に示すように、
実際のピアノにおいて弦がハンマの打撃によって振動す
る状態をシミュレートしたいわゆる物理モデル音源であ
る。この弦モデルは複数個並列に接続されており、その
数の音を同時発音可能である。
【0012】各弦モデル10の楽音信号出力はそれぞれ
個別のアンプ12を介して加算器13に入力される。こ
のアンプ12,加算器13の組み合わせは複数組(5
組)設けられている。5個の加算器13は駆動点D1〜
D5にそれぞれ対応している。アンプ12のゲインは弦
モデル10−加算器13の組み合わせ毎に異なってい
る。
【0013】すなわち、アンプ12は各駆動点へのその
弦の振動の伝播量を実現するようにそのゲインが決定さ
れている。図3にアンプのゲイン特性を示す。アンプ1
2のゲインは、弦モデル10が形成した楽音信号のキー
コードおよび加算器13がシミュレートしている駆動点
の番号によって決定される。すなわち、弦(キーコー
ド)に近い駆動点には多く伝播し、遠い駆動点には少な
く伝播する。加算器13の出力は伝播特性シミュレート
回路15に入力される。伝播特性シミュレート回路15
は、図6に示すように15個のFIRフィルタで構成さ
れている。これらのFIRフィルタは、それぞれ図1の
駆動点D1〜D5から測定点a,b,cへの伝播特性
(インパルス応答特性)をシミュレートしている。すな
わち、各FIRフィルタがD1→a,D1→b,D1→
c,D2→a,D2→b,D2→c,D3→a,D3→
b,D3→c,D4→a,D4→b,D4→c,D5→
a,D5→b,D5→cの伝播特性のシミュレートを担
当している。
【0014】伝播特性シミュレート回路15において、
響板における共鳴がシミュレートされたのち、3チャン
ネルの測定点(スピーカ)に楽音信号が分離され、D/
A変換回路16を介して各チャンネルのサウンドシステ
ム17に入力される。
【0015】図4は前記弦モデルの構成を示す図であ
る。この図において31は閉ループ回路であり、遅延回
路33,加算器34,フィルタ35,位相反転回路3
6,遅延回路37,加算器38,フィルタ39および位
相反転回路40から構成されている。この閉ループ回路
31はピアノの弦の振動をシミュレートしている。
【0016】ここで、図5に示すピアノの振動発生のメ
カニズムに対応させてこの回路の構成について説明す
る。図5において、Sはピアノの弦,HMはハンマーを
示す。
【0017】弦S及びハンマーHMは、一つの鍵に対応
している。また、弦Sはその両端を固定端T1およびT
2によって固定されている。このようなピアノにおい
て、鍵盤が押し下げられると、対応するハンマーHMが
弦Sを打つ。この打弦によって生じた弦の振動は、振動
波Wa,Wbとなって弦Sを伝播する。伝播は固定端T
1,T2で反射され、更に、この振動が他端へ伝播す
る。このような振動の伝播状態を前記閉ループ回路31
がシミュレートしている。すなわち、振動の伝播に要す
る時間を遅延回路33,37がシミュレートし、固定端
における振動波の位相反転をインバータ36,40がシ
ミュレートしている。また、振動の伝播にともなって、
高次の振動波は減衰するためその減衰特性をフィルタ3
5,39がシミュレートしている。
【0018】また、加算器42〜加算器56はハンマの
打弦をシミュレートする回路である。すなわち、この回
路では、加算器56からハンマの初速度V0が与えら
れ、積分器51,減算器47を介して非線形関数48に
与えられる。この非線形関数48は図5に示すような特
性を有している。ハンマは常に停止した状態から起動さ
れるとは限らず、また、静止した弦を打つのみではない
ため、ハンマの動きはアンプ49,積分器50によって
初速度が入力される加算器56にフィードバックされ
る。また、弦の振動はフィードバック系(加算器42,
アンプ43,加算器44,遅延フィードバック回路4
5,加算器47)を介してハンマの動きに加算される。
【0019】図8はこの発明の他の実施例を示す図であ
る。この実施例では、電子鍵盤楽器に音像定位装置が適
用されている。鍵スイッチ回路60は押鍵検出回路61
に接続され、押鍵鍵検出回路61は、鍵スイッチ回路6
0のキーオン/キーオフおよびそのキーコードKCを検
出する。これらの信号KC,KONP,KOFPはキー
アサイナ64に入力される。キーアサイナ64には音色
選択信号TCも入力される。音色選択信号TCは音色選
択スイッチ回路62の操作をスイッチ検出回路63が検
出して出力するものである。キーアサイナ64はキーオ
ン/キーオフがあったときこの処理をするチャンネルC
Hを割り当てて上記データとともに楽音形成回路65に
入力する。この装置は1系統の回路で複数チャンネルを
時分割処理している。楽音形成回路65はこのデータに
基づいて楽音信号を形成する。楽音形成回路65が形成
した楽音信号は5個の乗算器67にそれぞれ入力され
る。
【0020】この5個の乗算器67は図1における5個
の駆動点D1〜D5のそれぞれに対応している。楽音形
成回路65が成形した楽音のキーコードにより各乗算器
67に入力される係数が変更される。この係数は重み付
け係数テーブル66から出力される。この重み付け係数
テーブルにはキーコードKCおよびアサインチャンネル
CHが入力される。入力されるキーコードと出力される
係数の関係は図3に示したグラフと同様の関係である。
乗算器67で係数が乗算された楽音信号は伝播特性シミ
ュレート回路68に入力される。この伝播特性シミュレ
ート回路68は5個の駆動点からの楽音信号の伝播をシ
ミュレートする回路である。この回路で響板上の共鳴音
が付加された楽音信号は3チャンネルのD/A変換回路
69,サウンドシステム70を介して音響として出力さ
れる。伝播特性シミュレート回路68〜サウンドシステ
ム70の構成は図2に示す実施例と同様である。
【0021】図8はこの発明の更に他の実施例を示す図
である。この実施例は図7に示した実施例と同様、電子
鍵盤楽器に適用された例を示すものである。この実施例
において上記図7の実施例と同様の構成のものは同一番
号を付して説明を省略する。
【0022】楽音形成回路65が形成した楽音信号は加
算器76を介してD/A変換回路69に入力されるとと
もに、共振音形成部74に入力される。共振音形成部7
4はある弦の振動に共鳴して他の弦(倍音関係にある
弦)が振動する現象をシミュレートするためのものであ
る。この共振現象はダンパペダルが踏み込まれていると
きのみ生じる。したがって、共振音形成部74にはペダ
ルスイッチ71の踏み込み量データPDが、ペダル踏み
込み位置センサ72−A/D変換回路73を介して入力
される。共振音形成部74が形成した共振信号は伝播特
性シミュレート回路75に入力される。この伝播特性シ
ミュレート回路の出力は加算器76で前記楽音形成回路
65の楽音信号と加算される。なお、ペダルが全く踏み
込まれていないときには伝播特性シミュレート回路75
には楽音形成回路65が形成した楽音信号のみが入力さ
れる。
【0023】図9は前記共振音形成部74を示す図であ
る。入力された3チャンネルの楽音信号は加算器81で
加算され、ハイパスフィルタ82,アンプ83を介して
共振音形成回路84に入力される。ハイパスフィルタ8
2は倍音成分のみを透過し唸り成分を除去するためのも
のである。共振音形成回路84は複数並列に設けられて
いる。これは、低次倍音から高次倍音まで複数の共振周
波数をシミュレートするためのものである。全ての共振
音形成回路84の出力はアンプ85,加算器86によっ
て再度3チャンネルに統合される。このアンプのゲイン
は図3のグラフに示すような可変ゲインであり、3チャ
ンネルは図1の測定点と同様である。
【0024】なお、この実施例では5個の駆動点,3個
の測定点によってピアノをシミュレートしたが、これ以
外の数でシミュレートすることも可能であり、また、そ
れぞれの点の設定値が実施例に限らない。また楽音信号
を供給する音源はこの実施例の物理モデル音源に限らず
PCM音源やFM音源などを用いることもできる。ま
た、伝播特性のシミュレートはFIRフィルタ以外の方
式で行うことも可能である。
【0025】
【発明の効果】以上のようにこの発明の音像定位装置に
よれば、楽音信号が駒を介して響板に伝播する状態をシ
ミュレートすることができため、単に発音レベルの増減
による音像の定位に比べて定位感が明確になり、且つ、
楽音の響きそのものをシミュレートすることができるた
め、ピアノの響板の空間的な伝播特性を実現することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明においてシミュレートされるグランド
ピアノの駒の駆動点および響板の測定点を示す図、
【図2】この発明の実施例である音像定位装置の構成を
示すブロック図、
【図3】同音像定位装置におけるキーコードと各駆動点
における出力の関係を示す図、
【図4】同音像定位装置の弦モデル音源の構成を示す
図、
【図5】前記弦モデル音源における非線形テーブルを示
す図、
【図6】同音像定位装置の伝播特性シミュレート回路を
示す図、
【図7】この発明の他の実施例を示す図、
【図8】この発明の第3の実施例を示す図、
【図9】前記第3の実施例で用いられる弦の共振をシミ
ュレートするための共振音形成部の構成を示す図。
【符号の説明】
15,68,75−伝播特性シミュレート回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ピアノの弦の振動をシミュレートした楽音
    信号を供給する楽音信号供給手段と、前記楽音信号が入
    力され、この楽音信号が駒を介して響板に伝播する状態
    をシミュレートするフィルタ手段と、フィルタ手段から
    出力された楽音、または、フィルタ手段および前記楽音
    供給手段から出力された楽音を音響として出力する手段
    と、を備えたことを特徴とする音像定位装置。
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