JP2725497B2

JP2725497B2 - 楽音合成装置

Info

Publication number: JP2725497B2
Application number: JP3253962A
Authority: JP
Inventors: 利文国本
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH05158476A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ドラム等の打楽器音
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】図９は本出願人が先に提案した電子演奏
装置（実開昭５４−１７２７２６号公報参照）の構成例
を示す回路図、図１０は同電子演奏装置の演奏機構部の
構成例を示す概略図であり、これらの図において、１は
演奏機構部の基台であり、その上部中心位置および上
下、左右の各対称位置に５個の圧電素子等からなる圧力
検出素子２ａ〜２ｅが配置されている。そして、この５
個の圧力検出素子２ａ〜２ｅによって、ある程度の剛性
を有する合成樹脂等からなる演奏操作板３が多点支持さ
れている。

【０００３】すなわち、演奏操作板３の中心部を叩け
ば、その中心部にある圧力検出素子２ａからその打撃力
に応じた強さの圧力検出信号が得られ、他の圧力検出素
子２ｂ〜２ｅからは、それぞれ打撃ポイントからの距離
の２乗に反比例して小さくなるような打撃力に対応する
圧力検出信号が得られる。これらの圧力検出信号は、図
１１に示すように、演奏操作板３の操作に対応して急激
に立ち上がるトリガ状の信号であり、その立ち上がりレ
ベルは検出された打撃力に比例している。つまり、演奏
操作板３の打撃ポイントに応じて、その打撃ポイントに
最も近い圧力検出素子２から主として打撃力検出信号が
得られ、その打撃ポイントからの距離の２乗に反比例し
て、遠くの圧力検出素子２から小さな圧力検出信号が得
られる。

【０００４】また、図９において、４ａ〜４ｅは圧力検
出素子２ａ〜２ｅからそれぞれ出力される圧力検出信号
を増幅するバッファアンプ、５は差動増幅器であり、バ
ッファアンプ４ａ〜４ｅの出力信号をそれぞれ同じ値の
抵抗Ｒを介して加算し、演奏操作板３に対する打撃力に
応じた総合的圧力信号を生成し、音量制御信号Ｖ_oとし
て出力する。

【０００５】さらに、６は差動増幅器であり、図１０
（ａ）において縦方向に並ぶ圧力検出素子２ｂ，２ａ，
２ｃからそれぞれ出力される圧力検出信号を増幅するバ
ッファアンプ４ｂ，４ａ，４ｃの出力信号をそれぞれ順
次値が大きくなる抵抗Ｒ，２Ｒ，４Ｒを介して加算し、
音高ピッチ制御信号Ｐ_oとして出力する。すなわち、演
奏操作板３の上下方向の打撃ポイントを選択するととも
に打撃力を可変することで音高ピッチ制御信号Ｐ_oが変
化し、たとえば、上方であればあるほど音高ピッチが上
がる。

【０００６】加えて、７は差動増幅器であり、図１０
（ａ）において横方向に並ぶ圧力検出素子２ｄ，２ａ，
２ｅからそれぞれ出力される圧力検出信号を増幅するバ
ッファアンプ４ｄ，４ａ，４ｅの出力信号をそれぞれ順
次値が大きくなる抵抗Ｒ，２Ｒ，４Ｒを介して加算し、
音色制御信号Ｆ_oとして出力する。すなわち、演奏操作
板３の左右方向の打撃ポイントを選択するとともに打撃
力を可変することで音色制御信号Ｆ_oが変化し、音色が
制御される。

【０００７】また、８は音高ピッチ制御信号Ｐ_oに対応
した電圧を出力するバイアス設定回路、９はバイアス設
定回路８の出力電圧のピーク値を記憶するピークデータ
記憶回路、１０はピークデータ記憶回路９の記憶電圧信
号によってその発振周波数が制御され、鋸歯状波信号を
発生する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯという）、１１
は鋸歯状波信号をそのままおよび三角波信号、矩形波信
号に変換して出力する波形変換回路、１２は鋸歯状波信
号、三角波信号および矩形波信号を混合合成して所定の
打楽器音信号を出力する混合回路である。

【０００８】さらに、１３は電圧制御型の可変特性フィ
ルタから構成されるバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ
という）、１４は電圧制御型の可変特性フィルタから構
成されるローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）であ
り、ＢＰＦ１３およびＬＰＦ１４は、音色形成回路を構
成しており、主としてＢＰＦ１３によって打楽器音の音
色を設定する。加えて、１５は音色制御信号Ｆ_oに対応
した電圧を出力するバイアス設定回路、１６はバイアス
設定回路１５の出力電圧のピーク値を記憶するピークデ
ータ記憶回路であり、ピークデータ記憶回路１６の記憶
電圧信号によってＢＰＦ１３の周波数特性が制御され
る。

【０００９】また、１７はエンベロープ発生回路であ
り、音量制御信号Ｖ_oに対応してアタック状に立ち上が
り、以後所定の特性をもって減衰するパーカッシブエン
ベロープ状のエンベロープ波形信号を発生する。このエ
ンベロープ波形信号は、ＬＰＦ１４から出力される打楽
器音信号を増幅する電圧制御型可変利得増幅器１８に利
得制御信号として入力され、打楽器音信号のエンベロー
プを制御する。また、エンベロープ波形信号は、バイア
ス設定回路１９に入力され、バイアス設定回路１９の出
力信号によってＬＰＦ１４のカットオフ周波数が制御さ
れる。

【００１０】このような構成によれば、演奏操作板３を
叩く力の強さを可変することによって、音量制御信号Ｖ
_oのレベルが変化してエンベロープ発生回路１７から出
力されるエンベロープ波形信号のレベルが設定され、打
楽器音信号をレベル制御、すなわち、音量制御して出力
することができる。また、同時に、演奏操作板３の叩く
位置を変えることによって、その位置とその時の叩く強
さに応じて音高ピッチ制御信号Ｐ_oおよび音色制御信号
Ｆ_oのレベルが変化してＶＣＯ１０における発振周波数
およびＢＰＦ１３の通過帯域周波数が可変制御される。
したがって、発音される打楽器音のピッチおよび音色
が、演奏操作板３の打撃ポイントおよび打撃力によって
可変制御される。なお、上述した技術の詳細について
は、実公昭５８−３７１１０号公報を参照されたい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の電子演奏装置においては、打撃ポイントと発音され
る打楽器音のピッチや音色との関係が、単に機械的に設
定されているだけなので、演奏者は、あらかじめこれら
の関係を記憶しておいて演奏しなければならないため、
わずらわしいという欠点があった。

【００１２】また、打撃力によっても打楽器音のピッチ
や音色が変化してしまうため、通常の自然楽器の打楽器
の演奏とは異なり、違和感があるという問題があった。
この発明は、このような背景の下になされたもので、自
然楽器の打楽器と同様に演奏して変化に富んだ打楽器音
を合成することができる楽音合成装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明による楽音合成
装置は、演奏操作板と、該演奏操作板の所定の位置に設
けられ、前記演奏操作板に加えられる打撃操作に応じた
信号を出力する複数の検出手段と、少なくとも遅延素子
を含んだループ手段と、前記複数の検出手段の出力信号
に基づいて打撃操作された位置を検出し、その検出され
た位置に応じて前記遅延素子の遅延量を算出して前記遅
延素子に設定する遅延量制御手段と、前記複数の検出手
段の出力信号に応じた励振信号を前記ループ手段に入力
する励振手段とを具備することを特徴としている。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、演奏者が演奏操作板に打撃
操作を加えると、複数の検出手段は、打撃操作に応じた
信号を出力する。これにより、遅延量制御手段は、複数
の検出手段の出力信号に基づいて打撃操作された位置を
検出し、その検出された位置に応じて遅延素子の遅延量
を算出して遅延素子に設定する。また、励振手段は、複
数の検出手段の出力信号に応じた励振信号をループ手段
に入力する。したがって、励振信号は、ループ手段を循
環し、このループ手段を循環する信号が楽音信号として
取り出される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。この実施例においては、楽音合成装
置の音源として実際の自然楽器の発音原理をシミュレー
トすることにより得られたモデルを動作させ、これによ
り、自然楽器の楽音を合成する物理モデル（遅延フィー
ドバックアルゴリズム）音源（ウェーブガイドネットワ
ーク）を用いることにする。

【００１６】図１はこの発明の一実施例による楽音合成
装置の楽音合成部の共振回路部の構成を示すブロック図
である。この共振回路部は、打楽器の振動体（ドラムヘ
ッド等）における音の伝幡をシミュレートしたものであ
る、図１において、２０は双方向伝送回路であり、図２
に示すように、入力信号を遅延量Ｄだけ遅延する遅延回
路２１と、入力信号から１つの遅延回路２１の出力信号
を減算して他の遅延回路２１に入力する減算器２２とか
ら構成されている。なお、図示していないが、遅延回路
２１には、直列にフィルタおよび減衰項を乗算する乗算
器が接続されている。

【００１７】また、図１において、２３は各双方向伝送
回路２０の接合点に設けられたジャンクションであり、
図３に示すように、入力信号を重み付けして出力する乗
算器２４と、各乗算器２４の出力信号を加算する加算器
２５とから構成され、加算器２５の出力信号が各双方向
伝送回路２０に入力されている。なお、図１は、打撃さ
れる打楽器のイメージを２次元的に表すため、各構成要
素の接続を２次元的に表している。ここで、図４に図１
において交差している２つの双方向伝送回路２０の交差
部ａの詳細な構成例を示す。図４において、２６〜２９
はそれぞれ遅延量Ｄ_A〜Ｄ_Dの遅延回路、３０は加算器、
３１は後述する総合的圧力信号が励起波形信号として入
力される入力端子である。

【００１８】次に、図５にこの発明の一実施例による楽
音合成装置の演奏機構部の構成例を示す。図５におい
て、３２はある程度の剛性を有する合成樹脂等からなる
演奏操作板であり、その下部上下、左右の各対称位置に
は、４個の圧電素子等からなる同一のゲインに調整され
た圧力検出素子３３ａ〜３３ｄが配置されている。そし
て、これらの圧力検出素子３３ａ〜３３ｄからは、上述
の場合と同様、演奏操作板３２の操作に対応して急激に
立ち上がり、その立ち上がりレベルが検出された打撃力
に比例したトリガ状の圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dがそれぞれ
出力される。これらの圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dは、そのゲ
インが等しい図示せぬバッファアンプによって増幅され
た後、図示せぬ差動増幅器によってそれぞれ同じ値の抵
抗Ｒを介して加算され、演奏操作板３２に対する打撃力
に応じた総合的圧力信号として図４の入力端子３１から
入力される。

【００１９】また、圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dは、図６に示
す遅延量制御回路３４に入力される。この遅延量制御回
路３４は、圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれの振幅が圧
力検出素子３３ａ〜３３ｄのそれぞれの位置から打撃ポ
イントまでの距離の逆数にほぼ比例しているという考察
のもとに構成されている。すなわち、遅延量制御回路３
４は、まず、圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれの逆数
（１／Ｓ_A〜１／Ｓ_D）を求めた後、互いに対角位置に配
置されている圧力検出素子３３に対応した圧力検出信号
Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれの逆数（１／Ｓ_A〜１／Ｓ_D）の和を
とり、その和によってそれぞれの逆数（１／Ｓ_A〜１／
Ｓ_D）を正規化する。そして、遅延量制御回路３４は、
正規化された値に双方向伝送回路２０の総遅延量（Ｄ_A
＋Ｄ_C）（＝Ｄ_B＋Ｄ_D）を乗算する。これにより、打撃
ポイントに応じた遅延回路２６〜２９のそれぞれの遅延
量Ｄ_A〜Ｄ_Dの概算的な値が求められる。

【００２０】次に、遅延量制御回路３４の構成を図６を
参照して説明する。図６において、３５は圧力検出信号
Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれの逆数１／Ｓ_A〜１／Ｓ_Dを演算する
逆数回路、３６は信号１／Ｓ_Aと信号１／Ｓ_Cとを加算す
る加算器、３７は信号１／Ｓ_Aを加算器３６の出力信号
で除算する除算器、３８は信号１／Ｓ_Cを加算器３６の
出力信号で除算する除算器、３９は除算器３７の出力信
号に遅延回路２６および２８のそれぞれの遅延量Ｄ_Aお
よびＤ_Cの和（Ｄ_A＋Ｄ_C）（あらかじめ設定されている
双方向伝送回路２０の総遅延量）を乗算して遅延回路２
６の遅延量Ｄ_Aを出力する乗算器、４０は除算器３８の
出力信号に双方向伝送回路２０の総遅延量（Ｄ_A＋Ｄ_C）
を乗算して遅延回路２８の遅延量Ｄ_Cを出力する乗算器
である。

【００２１】４１は信号１／Ｓ_Bと信号１／Ｓ_Dとを加算
する加算器、４２は信号１／Ｓ_Bを加算器４１の出力信
号で除算する除算器、４３は信号１／Ｓ_Dを加算器４１
の出力信号で除算する除算器、４４は除算器４２の出力
信号に遅延回路２７および２９のそれぞれの遅延量Ｄ_B
およびＤ_Dの和（Ｄ_B＋Ｄ_D）（あらかじめ設定されてい
る双方向伝送回路２０の総遅延量）を乗算して遅延回路
２７の遅延量Ｄ_Bを出力する乗算器、４５は除算器４３
の出力信号に双方向伝送回路２０の総遅延量（Ｄ_B＋
Ｄ_D）を乗算して遅延回路２９の遅延量Ｄ_Dを出力する乗
算器である。なお、特に図示していないが、打楽器音信
号は、図１〜図４の任意の遅延回路、ジャンクションな
どからの出力信号を適宜混合した後、イコライジングの
ためのフィルタや音作り用のリヴァーブ等を通過させて
取り出す。

【００２２】このような構成において、演奏者が、たと
えば、図５に示す演奏操作板３２の×印のポイントを叩
くと、圧力検出素子３３ａ〜３３ｄからは、そのレベル
がＳ_B＞Ｓ_A＞Ｓ_C＞Ｓ_Dとなるような圧力検出信号Ｓ_A〜
Ｓ_Dが出力される。これらの圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dは、
そのゲインが等しい図示せぬバッファアンプによって増
幅された後、図示せぬ差動増幅器によってそれぞれ同じ
値の抵抗Ｒを介して加算され、演奏操作板３２に対する
打撃力に応じた総合的圧力信号として図４の入力端子３
１から入力される。

【００２３】また、圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dは、図６に示
す遅延量制御回路３４にも入力される。これにより、逆
数回路３５において、圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれ
逆数１／Ｓ_A〜１／Ｓ_Dが演算されて出力される。次に、
加算器３６および４１において、互いに対角位置に配置
されている圧力検出素子３３ａと３３ｃおよび３３ｂと
３３ｄに対応した圧力検出信号Ｓ_A〜Ｓ_Dのそれぞれの逆
数（１／Ｓ_A〜１／Ｓ_D）の和｛（１／Ｓ_A）＋（１／
Ｓ_C）｝および｛（１／Ｓ_B）＋（１／Ｓ_D）｝がとられ
た後、除算器３７、３８、４２および４３において、逆
数（１／Ｓ_A〜１／Ｓ_D）の和｛（１／Ｓ_A）＋（１／
Ｓ_C）｝および｛（１／Ｓ_B）＋（１／Ｓ_D）｝によって
それぞれの逆数（１／Ｓ_A〜１／Ｓ_D）が正規化され、
｛Ｓ_C／（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、｛Ｓ_A／（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、｛Ｓ
_D／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝および｛Ｓ_B／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝が出力
される。

【００２４】そして、乗算器３９、４０、４４および４
５において、正規化された値｛Ｓ_C／（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、
｛Ｓ_A／（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、｛Ｓ_D／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝および
｛Ｓ_B／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝に双方向伝送回路２０の総遅延
量（Ｄ_A＋Ｄ_C）（＝Ｄ_B＋Ｄ_D）が乗算され、これによ
り、打撃ポイントに応じた遅延回路２６〜２９のそれぞ
れの遅延量Ｄ_A〜Ｄ_Dの概算的な値｛Ｓ_C（Ｄ_A＋Ｄ_C）／
（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、｛Ｓ_A（Ｄ_A＋Ｄ_C）／（Ｓ_A＋
Ｓ_C）｝、｛Ｓ_D（Ｄ_B＋Ｄ_D）／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝および
｛Ｓ_B（Ｄ_B＋Ｄ_D）／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝が求められ、それ
ぞれの遅延回路２６〜２９に設定される。

【００２５】これにより、楽音合成部は、打撃ポイント
をパラメータとして打楽器音信号を出力することができ
る。また、たとえば、演奏操作板３２の各圧力検出素子
３３ａ〜３３ｄのいずれかのごく近傍を演奏者が叩く
と、上述の場合と同様、遅延回路２６〜２９のそれぞれ
の遅延量Ｄ_A〜Ｄ_Dの概算的な値｛Ｓ_C（Ｄ_A＋Ｄ_C）／
（Ｓ_A＋Ｓ_C）｝、｛Ｓ_A（Ｄ_A＋Ｄ_C）／（Ｓ_A＋
Ｓ_C）｝、｛Ｓ_D（Ｄ_B＋Ｄ_D）／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝および
｛Ｓ_B（Ｄ_B＋Ｄ_D）／（Ｓ_B＋Ｓ_D）｝が求められ、それ
ぞれの遅延回路２６〜２９に設定されるが、これらの遅
延量Ｄ_A〜Ｄ_Dのいずれがか非常に小さくなり、小さな遅
延があるほうからの負の反射が高まることによる微分効
果により、各圧力検出素子３３ａ〜３３ｄからの打撃波
形が高域強調されて図１の楽音合成部の共振回路部（ウ
ェーブガイドネットワーク）中を駆け回り、いかにも太
鼓の端を叩いたような響きを得ることができる。

【００２６】次に、図７に図１の双方向伝送回路２０の
交差部ａの他の詳細な構成例を示す。この図において、
図４の各部に対応する部分には、同一の符号を付け、そ
の説明を省略する。図７において、４６は加算器、４７
は励起波形信号を出力する励起波形信号発生回路であ
る。ここで、図８に励起波形信号発生回路４７の構成例
を示す。この励起波形信号発生回路４７は、ピアノハン
マと同様な打撃の力学モデルによるものであり、ドラム
ヘッドのたわみをモデリングしている。入力信号Ｆある
いはＶとしては、演奏操作板３２に対する打撃力に応じ
た総合的圧力信号をそのまま用いたり、総合的圧力信号
の全波整流波形、あるいは、平滑波形等を用いる。な
お、図８に示す励起波形信号発生回路４７の原理につい
ては、本出願人が先に提案した楽音合成装置（特願平２
−１６１８６３号の願書に添付した明細書および図面参
照）の原理と同様であるので、その説明を省略する。

【００２７】また、励起波形信号発生回路４７の非線形
部として擦弦楽器の物理モデル音源の擦弦アルゴリズム
の非線形系を応用すれば、擦ったような音のパーカッシ
ョンのヴォイシングがある程度得られ、管楽器の物理モ
デル音源のアルゴリズムの非線形系を応用すれば、管を
吹いたような音のパーカッションのヴォイシングがある
程度得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、自然楽器の打楽器と同様に演奏して変化に富んだ打
楽器音を合成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による楽音合成装置の楽
音合成部の共振回路部の構成を示すブロック図である。

【図２】双方向伝送回路２０の構成例を示すブロック
図である。

【図３】ジャンクション２３の構成例を示すブロック
図である。

【図４】図１の双方向伝送回路２０の交差部ａの詳細
な構成例を示すブロック図である。

【図５】この発明の一実施例による楽音合成装置の演
奏機構部の構成例を示す概略図である。

【図６】遅延量制御回路３４の構成例を示すブロック
図である。

【図７】図１の双方向伝送回路２０の交差部ａの他の
詳細な構成例を示すブロック図である。

【図８】図７の励起波形信号発生回路４７の構成例を
示すブロック図である。

【図９】従来の電子演奏装置の構成例を示す回路図で
ある。

【図１０】従来の電子演奏装置の演奏機構部の構成例
を示す概略図である。

【図１１】圧力検出信号の波形の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０……双方向伝送回路、２１，２６〜２９……遅延回
路、２２……減算器、２３……ジャンクション、２４，
３９，４０，４４，４５……乗算器、２５，３０，３
６，４１，４６……加算器、３１……入力端子、３２…
…演奏操作板、３３ａ〜３３ｄ……圧力検出素子、３４
……遅延量制御回路、３５……逆数回路、３７，３８，
４２，４３……除算器、４７……励起波形信号発生回
路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】演奏操作板と、該演奏操作板の所定の位置に設けられ、前記演奏操作板
に加えられる打撃操作に応じた信号を出力する複数の検
出手段と、少なくとも遅延素子を含んだループ手段と、前記複数の検出手段の出力信号に基づいて打撃操作され
た位置を検出し、その検出された位置に応じて前記遅延
素子の遅延量を算出して前記遅延素子に設定する遅延量
制御手段と、前記複数の検出手段の出力信号に応じた励振信号を前記
ループ手段に入力する励振手段とを具備することを特徴
とする楽音合成装置。