JP2679435B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管楽器音等の合成に用
いて好適な楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管楽器の吹奏時、マウスピース部に取り
付けられたリードは、吹奏圧と共鳴管内の空気圧との圧
力差によって弾性変形する。そして、マウスピースとリ
ードとの隙間、すなわち吹奏者の口から共鳴管内に向け
て吹き込まれる空気流の通過経路の断面積が変化するこ
とにより、外部から共鳴管内に流入する空気流の流速が
変化し、共鳴管内部の空気圧に変化がもたらされる。そ
して、このようにして発生された空気圧の変化（励起振
動）により共鳴管内に空気圧力波の定在波が発生し（共
鳴状態）、楽音が出力される。

【０００３】このような管楽器の発音メカニズムをシミ
ュレートして得られる電気的モデルを動作させ、楽音を
合成する方法が知られている。具体的には、上述したよ
うな吹奏圧と共鳴管内部の空気圧との差圧によってリー
ドとマウスピース部との隙間が変化する現象、およびこ
の隙間の変化によって共鳴管内部の空気圧が変化する現
象は、非線形増幅回路によってシミュレートされる。ま
た、共鳴管は発生しようとする楽音の音高に対応した共
振周波数を有する共振回路によってシミュレートされ
る。そして、これらの非線形増幅回路と共振回路とを閉
ループ接続することにより、管楽器音の楽音合成装置が
実現される。

【０００４】この種の従来技術で、例えばシングルリー
ドの非線形部のアルゴリズムは図１４のように示され
る。同図において、１、２は減算器、３、４は加算器、
５〜８は乗算器、９はスリット関数発生器、１０はグラ
ハム関数発生器、１１はリードダイナミクス回路であ
り、これらの構成要素により、クラリネット等の管楽器
のマウスピースおよびリードからなる部分の動作をシミ
ュレートした励振回路が構成される。管楽器の吹奏は吹
奏者がマウスピースをくわえ、リードとマウスピースの
隙間に息を吹込むことより行われる。この場合、吹奏者
がマウスピースをくわえるときにリードに加わる圧力Ｅ
（この圧力はアンブッシャー：embouchureと呼ばれる）
および隙間内における空気圧との総和によって隙間の断
面積が変化する。減算器１によって吹奏圧Ｐに相当する
情報と管部からマウスピースへ逆流する空気圧力波に相
当する情報ｑｈとが減算され、その減算出力はグラハム
関数発生器１０に供給されるとともに、加算器３を介し
てリードダイナミクス回路１１に供給される。リードダ
イナミクス回路１１にはアンブッシャーＥが入力され、
リードダイナミクス回路１１はこのリードに加わる圧力
に対応するデータを出力する。ここで、リードダイナミ
クス回路１１は、例えば図１５に示すようにテーブル２
１およびローパスフィルタ２２によって構成される。な
お、テーブル２１に代えて演算で行うことも可能であ
る。ローパスフィルタ２２は図１６に示すような特性を
有しており、そのパラメータであるカットオフ周波数Ｆ
ａおよびＱの値はアンブッシャーＥに応じてテーブル２
１によって決定される。テーブル２１には、例えば図１
７に示すような特性が記憶されており、このような特性
になっているのは、次のような理由による。

【０００５】すなわち、図１８（ａ）、（ｂ）に示すよ
うにリード２５とマウスピース２６の形状の関係からア
ンブッシャーＥがタイトになればリードの実効長ＬＲが
短くなり、そのため実効質量が小さくなる。これは、カ
ットオフ周波数が上がり、Ｑの値が小さくなることよ
る。また、アンブッシャーＥがルーズになればリードの
実効長ＬＲが長くなり、そのため実効質量が大きくな
る。その結果、カットオフ周波数が上がり、Ｑの値が大
きくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の楽音合成装置の場合、後述のようなびびり音を発
生させて、よりリアルな音色をシミュレートすることが
できないというという問題点があった。すなわち、上述
したリードの実効長はアンブッシャーＥのみでなく、リ
ードが振動することによっても微妙に変化しているはず
である。この微妙な変化はマウスピースの形状に大きく
依存しており、シングルリード楽器の音色がマウスピー
スの形状によって違ってくることの一因となっている。
一方、図１４のスリット関数発生器９におけるスリット
関数は図１９に示すような形状の関数である。実際のシ
ングルリード楽器のリードの動きをある吹奏条件下（び
りびりとびりついたような音が出る場合、これをびびり
音と呼ぶことにする。）では、図２０のような形状にな
ることが知られている。これは、リードが閉じるときに
マウスピースにぶつかってバウンドしているように見え
る。このバウントすることにより、びびり音が発生して
いるものと考えられる。しかし、前述のスリット関数で
はリードが閉じる側で傾きがなだらかになっているた
め、このバウンドを発生させることができなかった。

【０００７】また、びびり音のもう一つの発生原因とし
て、リードが振動することによりマウスピースに衝突す
ることが挙げられる。この衝突のときパルシブな音が発
生することも考えられる。しかし、従来の装置ではリー
ドとマウスピースの形状との関係において、リードが振
動することにより、そのリードの特性が変化することを
シミュレートできなかった。さらに、びびり音を発生す
るためにリードが閉じるときマウスピースにぶつかって
バウンドする様子をシミュレートできなかった。加え
て、びびり音を発生するためにリードが閉じるときマウ
スピースに衝突するが、その衝突時に発生するパルシブ
な音をシミュレートできなかった。

【０００８】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、マウスピース形状のモデル化の精度を上げてびび
り音を発生させ、よりリアルな音色をシミュレートする
ことのできる楽音合成装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項1記載の発明では、演奏情報に対応し
た入力信号および帰還信号に対して所定の演算処理を施
し、該処理結果を出力する演算手段と、演算手段の出力
信号の特定の周波成分を抽出するフィルタ手段と、フィ
ルタ手段の出力信号と演奏情報とに応じて所定の関数に
基づく信号を出力する関数出力手段と、フィルタ手段の
パラメータを補正する補正手段と、を備え、関数出力手
段の出力を少なくともフィルタ手段に帰還させて循環さ
せるとともに、補正手段によって、演算手段とフィルタ
手段と関数出力手段とを循環する信号に応じてフィルタ
手段のパラメータを補正することを特徴とする。また、
請求項２記載の発明では、関数出力手段の出力を少なく
ともフィルタ手段に帰還させて循環させるとともに、演
算手段とフィルタ手段と関数出力手段とを循環する信号
の時間変化に関する量を検出し、この時間変化量に応じ
た信号を演算手段とフィルタ手段と関数出力手段とを循
環する信号に重畳することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明では、フィルタ手段の出力信号と演奏情
報とに応じて所定の関数に基づく信号が出力されるとと
もに、一方、請求項1記載の発明では、該フィルタ手段
のパラメータが補正手段によって演算手段とフィルタ手
段と関数出力手段とを循環する信号に応じて補正され、
他方、請求項２記載の発明では、演算手段とフィルタ手
段と関数出力手段とを循環する信号の時間変化に関する
量が検出され、この時間変化量に応じた信号が演算手段
とフィルタ手段と関数出力手段とを循環する信号に重畳
される。したがって、例えば関数出力手段において管楽
器の吹奏隙間に対応する関数を用いることで、管楽器モ
デルにおけるマウスピース形状のモデル化の精度が向上
してびびり音が発生し、よりリアルな音色がシミュレー
トされる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の第１実施例の構成を示す図
であり、同図はシングルリードの非線形部のアルゴリズ
ムに対応するものである。図１において、３１は減算器
（演算手段）、３２〜３４は加算器、３５〜３８は乗算
器、３９はスリット関数発生器（関数出力手段）、４０
はローパスフィルタ（フィルタ手段）、４１はマウスピ
ース関数発生器（補正手段）、４２はグラハム関数発生
器であり、これらの構成要素により、クラリネット等の
管楽器のマウスピースおよびリードからなる部分の動作
をシミュレートした励振回路が構成される。減算器３１
によって吹奏圧Ｐに相当する情報と管部からマウスピー
スへ逆流する空気圧力波に相当する情報ｑｉとが乗算器
３７（乗算係数は２）を介して減算され、その減算出力
はグラハム関数発生器４２に供給されるとともに、加算
器３２を介してローパスフィルタ４０に供給される。ロ
ーパスフィルタ４０は加算器３２の出力信号の低周波成
分を抽出し、加算器３３を介してスリット関数発生器３
９に出力する。加算器３３はアンブッシャーＥの入力と
ローパスフィルタ４０の出力信号とを加算してスリット
関数発生器３９に出力する。スリット関数発生器３９は
管楽器モデルの吹奏状態に対応するスリット開度（ただ
し、スリットのマウスピースに対する位置、リードがマ
ウスピースに接触する位置を零とする）を設定して出力
する。

【００１２】マウスピース関数発生器４１はスリット関
数発生器３９の出力であるスリット開度に応じてローパ
スフィルタ４０のパラメータであるカットオフ周波数Ｆ
ａおよびＱの値を補正してリードダイナミクスをシミュ
レートし、その結果を連続的かつリアルタイムでローパ
スフィルタ４０に供給する。なお、マウスピース関数発
生器４１はテーブルで補正を行ってもよいし、あるいは
演算によって補正を行うようにしてもよい。ここで、マ
ウスピース関数発生器４１の持つべき関数は、例えば図
２に示すような特性に設定されている。なお、この関数
はシミュレートしようとするマウスピースの形状により
任意に書換えることができる。乗算器３６（乗算係数は
β）はスリット関数発生器３９の出力を加算器３２に帰
還するとともに、スリット関数発生器３９の出力は乗算
器３５によってグラハム関数発生器４２の出力と加算さ
れた後、乗算器３８（乗算係数はｚ）で乗算され、さら
に加算器３４で帰還信号ｑｉと加算されて図示しない管
部をシミュレートした回路へ供給される。

【００１３】以上の構成において、本実施例ではアルゴ
リズムのスリット関数が図２に示すように変化し、スリ
ット開度のルーズ側でローパスフィルタ４０のパラメー
タであるカットオフ周波数ＦａおよびＱの値がほぼ飽和
するように補正される。そのため、スリット開度のルー
ズ側とタイト側でリードの振動が従来の特性と異なるこ
ととなり、リードの実効長がアンブッシャーＥのでな
く、リードが振動することによっても微妙に変化すると
いう状態が適切にシミュレートされる。すなわち、シン
グルリード楽器の音色がマウスピース形状によって違う
という現象をシミュレートでき、これにより、いわゆる
びびり音を発生させることができる。すなわち、管楽器
モデルにおけるマウスピース形状のモデル化の精度を向
上させてびびり音を発生させることができ、よりリアル
な音色をシミュレートすることができる。

【００１４】図３は本発明の第１実施例の構成を変形し
た参考例を示す図である。図３において、５１は加算
器、５２はローパスフィルタ（フィルタ手段）、５３は
プリスリット関数発生器（関数出力手段）、５４は全波
整流回路（補正手段）、５５はポストスリット関数発生
器（関数出力手段）であり、その他は第１実施例と同様
で同一符号を付している。以上の構成において、この例
ではアルゴリズムのスリット関数が２つに分けられ、そ
の間で全波整流が行われる。すなわち、アンブッシャー
Ｅの入力は加算器５１に供給されて乗算器３６を介して
帰還される信号と加算されてプリスリット関数発生器５
３に供給される。プリスリット関数はリードが閉じる側
をシミュレートする関数で、ポストスリット関数はリー
ドが開く側をシミュレートする関数であり、これら各関
数の特性はそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）のように示され
る。したがって、図３に示す各点ａ〜ｅの波形は図５
（ａ）〜（ｅ）に対応したものとなる。すなわち、点ａ
では線形側から矩形的な波形が戻り、点ｂではプリスリ
ット関数により点ａの負の側、つまりリードがマウスピ
ースを越えて食込んだ部分がなめらかにカットされる。
点ｃではローパスフィルタ５２の時定数によりリンギン
グが生じる。この波形は全波整流回路５４により点ｄに
示すように補正される。次いで、ポストスリット関数発
生器５５により全波整流によって生じる不連続点が整形
され、リードが開ききってそれ以上開かない側になめら
かにカットされる。したがって、この方法によってリー
ドが閉じるときにマウスピースにぶつかってバウンドす
る状態がシミュレートされ、図に示したようなリードの
動きに相当する信号を発生させることができ、びびり音
を発生させることができる。

【００１５】図６は本発明の第１実施例の構成を変形し
た他の参考例を示す図である。図６において、６１は加
算器、６２はローパスフィルタ（フィルタ手段）、６３
は反力関数発生器（補正手段）であり、その他は第１実
施例と同様である。以上の構成において、この例ではび
びり音をシミュレートするため、図７に示すようにリー
ド６５がマウスピース６６に当接したときにリード６５
がマウスピース６６を押し、その反作用としてマウスピ
ース６６がリード６５を押返すという状態をシミュレー
トする。ここで、ＦＭはマウスピース６６がリード６５
を押返す力、Ｆｑは管内圧と口内圧の圧力差によってリ
ード６５が押返される力である。これらの力ＦＭ、Ｆｑ
の合力でリード６５が押返される。一方、反力関数発生
器６３は図８に示すような反力関数を発生し、この関数
ではリード６５がマウスピース６６を越えてくい込む
と、それに応じた力が急激にリード６５に加わり、マウ
スピース６６を押し返す。その結果、前述した図２０に
示すようなびびり音が出る場合のリードの動きが実現さ
れて、びびり音に対応する波形が得られる。

【００１６】図９は本発明の第２実施例の構成を示す図
であり、本実施例は図６の変形例である。図９におい
て、７１は反力関数発生器、７２、７３はハイパスフィ
ルタ、７４は加算器、７５、７６は乗算器であり、これ
らの反力関数発生器７１、ハイパスフィルタ７２、７
３、加算器７４および乗算器７５、７６は全体として補
正手段７７を構成する。その他は図６の例と同様であ
る。以上の構成において、本実施例はリードの衝突音を
シミュレートするためのアルゴリズムを達成するものて
ある。すなわち、リードがマウスピースに衝突する音は
リードが閉じる瞬間にリードの加速度（力）に比例した
音圧が発生する。この場合、リードがマウスピースを越
えてくい込むとき、反力関数発生器７１によりそのくい
込みの大きさを求めた後、これを２回程ハイパスフィル
タ７２、７３によって積分し（１次のＨＰＦ×２）、さ
らにその積分結果と反力関数発生器７１の出力とを乗算
器７５によって再び乗算する。これは、ハイパスフィル
タ７２、７３によって２回積分したのみでは閉じようと
する側と開こうとする側の両側にパルスが出力されるた
め、このうち閉じようとする側だけを残すためである。
この結果との波形に乗算器７６によってゲインＧが乗
じ、楽音信号ｑoに加算する。この楽音信号ｑoの波形は
図１０のように示される。したがって、びびり音を発生
するためにリードが閉じるときマウスピースに衝突する
が、その衝突時に発生するパルシブな音をシミュレート
でき、よりリアルな音色をシミュレートすることができ
る。

【００１７】図１１は本発明の第３実施例の構成を示す
図であり、本実施例は図１の変形例である。図１１にお
いて、８１はローパスフィルタ（フィルタ手段）、８２
はマウスピース関数発生器（補正手段）あり、その他は
前記実施例と同様である。以上の構成において、第１実
施例ではいわゆるフィードバック方式でローパスフィル
タのパラメータを変化させているが、この第３実施例は
加算器５１の出力に基づきフィードフォワード方式でマ
ウスピース関数発生器８２によってローパスフィルタ８
１のパラメータを変化させるものである。このような方
式によって同様の効果が得られる。

【００１８】なお、図１や図１１に示したマウスピース
関数発生器は図１２に示すように反力関数発生器を用い
た構成で実現することもできる。すなわち、図１２にお
いて、９１は反力関数発生器、９２〜９４は加算器、９
５、９６は乗算器（ゲイン係数はそれぞれＱ、ＦＣＧ）
である。加算器９２には入力（スリット関数発生器３９
の出力）に対してオフセット値を加算し、その加算出力
は反力関数発生器９１に入力される。そして、反力関数
発生器９１の出力は乗算器９５、９６をそれぞれ介して
各加算器９３、９４に供給され、これらの加算器９３、
９４においてパラメータの初期値（Ｑイニシャル、ＦＣ
イニシャル）とそれぞれ加算されてパラメータ出力Ｑ、
ＦＣとなる。このような構成によっても、反力関数発生
器９１でマウスピースがリードを押し返す反力の関数を
発生するから、これに基づいてマウスピース関数を発生
できる。

【００１９】図１３は本発明の第４実施例の構成を示す
図であり、本実施例は前記各実施例を組合せたものであ
る。したがって、本実施例では上記各実施例のアルゴリ
ズムを組合せた動作が得られ、リードの振動、バウンド
および衝突時に発生するパルシブな音をシミュレートで
きるという効果が得られる。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1記載の
発明では、フィルタ手段のパラメータを補正手段によっ
て演算手段とフィルタ手段と関数出力手段とを循環する
信号に応じて補正し、請求項２記載の発明では、演算手
段とフィルタ手段と関数出力手段とを循環する信号の時
間変化に関する量を検出し、この時間変化量に応じた信
号が演算手段とフィルタ手段と関数出力手段とを循環す
る信号に重畳されるようにしたので、マウスピース形状
のモデル化の精度を上げてびびり音を発生させることが
でき、リードの振動、バウンドあるいは衝突時に発生す
るパルシブな音を、よりリアルな音色でシミュレートす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】 同実施例のマウスピース関数を示す図であ
る。

【図３】 本発明の参考例の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】 同例のスリット関数を示す図である。

【図５】 同例の回路各点の波形を示す図である。

【図６】 本発明の他の参考例の構成を示すブロック図
である。

【図７】 同例のマウスピースがリードを押し返す機構
を説明する図である。

【図８】 同例の反力関数を示す図である。

【図９】 本発明の第２実施例の構成を示すブロック図
である。

【図１０】 同実施例の楽音信号の波形を示す図であ
る。

【図１１】 本発明の第３実施例の構成を示すブロック
図である。

【図１２】 同実施例のマウスピース関数発生器の変形
例を示す回路図である。

【図１３】 本発明の第４実施例の構成を示すブロック
図である。

【図１４】 従来の励振回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図１５】 従来の励振回路におけるリードダイナミク
ス回路の構成を示す図である。

【図１６】 従来のローパスフィルタの特性を示す図で
ある。

【図１７】 従来のローパスフィルタのを構成するテー
ブルに記憶されている特性を示す図である。

【図１８】 従来のマウスピースとリードの関係を示す
図である。

【図１９】 従来のスリット関数の一例を示す図であ
る。

【図２０】 びびり音の波形を示す図である。

【符号の説明】

３１：減算器（演算手段）、３９：スリット関数発生器
（関数出力手段）、４０、５２、６２、８１：ローパス
フィルタ（フィルタ手段）、４１、８２：マウスピース
関数発生器（補正手段）、５３：プリスリット関数発生
器（関数出力手段）、５４：全波整流回路（補正手
段）、５５：ポストスリット関数発生器（関数出力手
段）、６３：反力関数発生器（補正手段）、７７：補正
手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 演奏情報に対応した入力信号および帰還
   信号に対して所定の演算処理を施し、該処理結果を出力
   する演算手段と、 演算手段の出力信号の特定の周波成分を抽出するフィル
   タ手段と、 フィルタ手段の出力信号と演奏情報とに応じて所定の関
   数に基づく信号を出力する関数出力手段と、 フィルタ手段のパラメータを補正する補正手段と、を備
   え、 関数出力手段の出力を少なくともフィルタ手段に帰還さ
   せて循環させるとともに、補正手段によって、演算手段
   とフィルタ手段と関数出力手段とを循環する信号に応じ
   てフィルタ手段のパラメータを補正することを特徴とす
   る楽音合成装置。
2. 【請求項２】 演奏情報に対応した入力信号および帰還
   信号に対して所定の演算処理を施し、該処理結果を出力
   する演算手段と、 演算手段の出力信号の特定の周波成分を抽出するフィル
   タ手段と、 フィルタ手段の出力信号と演奏情報とに応じて所定の関
   数に基づく信号を出力する関数出力手段と、を備え、 関数出力手段の出力を少なくともフィルタ手段に帰還さ
   せて循環させるとともに、演算手段とフィルタ手段と関
   数出力手段とを循環する信号の時間変化に関する量を検
   出し、この時間変化量に応じた信号を演算手段とフィル
   タ手段と関数出力手段とを循環する信号に重畳すること
   を特徴とする楽音合成装置。