JP2789981B2

JP2789981B2 - 楽音合成装置

Info

Publication number: JP2789981B2
Application number: JP5002914A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎大貝
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH07191678A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音量や音色等が自然
楽器音と同様に時間経過に従って変化する楽音を合成す
る楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の電子楽器に用いられる楽音
合成装置の構成例を示すブロック図である。この図にお
いて、励振信号発生部１は、所定波形の励振信号を出力
し、加算器２の第１の入力端に供給する。加算器２は、
その加算結果を音色制御フィルタ３に供給する。音色制
御フィルタ３は、図示せぬ制御部から供給される音色に
関する係数に基づいて、加算器２の加算結果に音色に応
じた所定の特性を付与して、その出力信号をオールパス
フィルタ（以下、ＡＰＦという）４に供給する。

【０００３】ＡＰＦ４は、細かなピッチ合わせのため
に、音色制御フィルタ３から供給される信号と、その出
力信号との位相差を信号周波数に応じて変化させてわず
かに遅延した後、ディレイ５に供給する。ディレイ５
は、多段のシフトレジスタ等から構成され、入力信号を
所定の時間遅延した後、乗算器６に供給する。乗算器６
は、ディレイ５の出力信号に正の乗算係数を乗算した
後、加算器２の第２の入力端に供給する。

【０００４】これにより、加算器２の第１の入力端から
入力された励振信号は、加算器２、音色制御フィルタ
３、ＡＰＦ４、ディレイ５および乗算器６からなるルー
プ回路７内の循環を繰り返すので、ループ回路７の櫛形
フィルタリング特性に従った楽音信号が合成され、ルー
プ回路７のいずれかから取り出される。

【０００５】以上説明した楽音合成装置は、フルートや
トランペット等のように、その基本的な構造が両端が開
口したモデルに該当する管楽器をシミュレートものであ
る。ここで、図１０（ａ）にフルート等の管楽器の基本
的な構造と、その基本的な構造に基づく共鳴現象により
発音される音の基本波ｆの音圧分布を示す。このような
構造の管楽器は、図１０（ｂ）および（ｃ）に示すよう
に、基本的には整数倍音ｆ，２ｆ，３ｆ，・・・の楽音
が発音される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の楽音合成装置においては、出力される楽音信号の基
本的な倍音構成は、ループ回路７の各構成要素２〜６に
よって決定されてしまうため、倍音構成が単純な楽音信
号しか合成することができないという欠点があった。こ
の発明は、このような背景の下になされたもので、豊富
な倍音を含むとともに、倍音構成が時間とともに大きく
変化する楽音信号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。

【０００７】

【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、所定波形の励振信号を発生する励振信号発生手
段と、前記励振信号に音色に応じた特性を付与するとと
もに、所定の第１の時間遅延し、繰返し循環させる、正
のループ利得を有する第１のループ手段と、前記励振信
号に音色に応じた特性を付与するとともに、前記第１の
遅延時間と同一あるいは、略整数比関係にある第２の時
間遅延し、繰返し循環させる、負のループ利得を有する
第２のループ手段と、前記第１のループ手段の出力信号
と、前記第２のループ手段の出力信号とを混合する混合
手段とを具備することを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、第１のループ手段は、励振
信号を正帰還させ、ループ遅延時間を基本周期とする基
本的に整数倍音の楽音信号を合成する。また、第２のル
ープ手段は、励振信号を負帰還させ、ループ遅延時間の
２倍を基本周期とする基本的に奇数倍音の楽音信号を合
成する。そして、混合手段は、第１のループ手段の出力
信号と、第２の出力信号とを混合する。これにより、倍
音構成が複雑な楽音信号が合成される。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例について説明する前に、
上述した課題を解決するための基本的な考え方について
説明する。図６はクラリネットやサキソフォン等のよう
に、その基本的な構造が一端が開口し、他端が閉口した
モデルに該当する管楽器をシミュレートした楽音合成装
置の構成例を示すブロック図である。この図において、
図９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６に示す楽音合成装置が図９のもの
と異なる点は、ディレイ５の出力信号に正の乗算係数を
乗算する乗算器６に代えて、ディレイ５の出力信号に負
の乗算係数を乗算する乗算器８が新たに設けられたルー
プ回路９が設けられている点である。

【００１０】また、図７（ａ）にクラリネット等の管楽
器の基本的な構造と、その基本的な構造に基づく共鳴現
象により発音される音の基本波ｆ’の音圧分布を示す。
このような構造の管楽器は、図７（ｂ）および（ｃ）に
示すように、基本的には奇数倍音ｆ’，３ｆ’，５
ｆ’，・・・の楽音が発音される。なお、その基本振動
は、正帰還の場合の１／２になる。

【００１１】ところで、図９および図６に示す楽音合成
装置において、各ループ回路７および９の全遅延時間
は、各管楽器の管内における空気圧力波の伝送遅延をシ
ミュレートしたものであるので、その全遅延時間は各管
長に対応している。したがって、図９および図６に示す
楽音合成装置で各ループ回路７および９の全遅延時間を
同一とすることは、各管楽器の各管長を同一とすること
に相当する。

【００１２】そこで、図９および図６に示す楽音合成装
置で各ループ回路の全遅延時間を同一とすると、図１０
および図７からもわかるように、図９に示す楽音合成装
置では、図６に示す楽音合成装置で発音される楽音の基
本波ｆ’の偶数倍音２ｆ’，４ｆ’，６ｆ’，・・・の
楽音が発音されることになる。ここで、各楽音のスペク
トラム構造を表すと、図６に示す楽音合成装置から発音
される楽音のスペクトラム構造は図８（ａ）に表され、
図９に示す楽音合成装置から発音される楽音のスペクト
ラム構造は図８（ｂ）に表される。

【００１３】したがって、これら各楽音合成装置からそ
れぞれ出力される複数の楽音を適当な混合比で混合する
と、その楽音は、図８（ｃ）に示すようなスペクトラム
構造となり、豊富な倍音を含んだ楽音を合成することが
できる。さらに、これら奇数倍音と偶数倍音とを、アフ
タタッチデータ等時間に応じて変化する係数に基づいて
混合すれば、倍音構成が時間とともに大きく変化する楽
音信号を合成することができる。

【００１４】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。図１はこの発明の一実施例による
楽音合成装置を適用した電子楽器の構成を示すブロック
図である。この図において、演奏操作子１０は、鍵盤等
から構成され、音高データＫＣ、タッチデータＴＣＨ、
アフタタッチデータＡＴなどを出力する。音色設定操作
部１１は、演奏者が音色等に関する各種係数を設定する
ために用いる。制御部１２は、演奏操作部１０および音
色設定部１１からそれぞれ供給される各種データに基づ
いて、装置各部を制御する。

【００１５】励振信号発生部１３は、制御部１２からそ
れぞれ出力される、発生される信号波形を指定する波形
指定データＷＡＶＥ、発生信号の発生タイミングを指示
するキーオン信号ＫＯＮおよびタッチデータＴＣＨを入
力して高調波を多く含んだ励振信号（典型的なものとし
ては、ホワイトノイズ等のノイズ信号）を出力し、乗算
器１４および１５にそれぞれ供給する。乗算器１４およ
び１５は、それぞれ励振信号に、制御部１２からそれぞ
れ出力される入力利得乗算係数ＩＧ₁およびＩＧ₂を乗算
した後、ループ回路１６および１７にそれぞれ供給す
る。

【００１６】ループ回路１６は、図９に示す楽音合成装
置のループ回路７と同様、加算器１８、音色制御フィル
タ１９、ＡＰＦ２０、ディレイ２１および乗算器２２か
ら構成される。このループ回路１６は、制御部１２から
それぞれ出力される各係数ＦＬ₁、Ｄｆ₁、ＤＮ₁および
ＬＧ₁（値はすべて正）に基づいて、乗算器１４の出力
信号を励振エネルギーとしてループ回路１６自身で共鳴
発振を励起し、楽音信号を合成して出力する。

【００１７】いっぽう、ループ回路１７は、加算器２
３、音色制御フィルタ２４、ＡＰＦ２５、ディレイ２
６、乗算器２７および２８から構成される。このループ
回路１７は、制御部１２からそれぞれ出力される各係数
ＦＬ₂、Ｄｆ₂、ＤＮ₂およびＬＧ₂（値はすべて正）に基
づいて、乗算器１５の出力信号を励振エネルギーとして
ループ回路１７自身で共鳴発振を励起し、楽音信号を合
成して出力する。乗算器２８は、係数ＬＧ₂に値”−
１”とを乗算して、負の係数”−ＬＧ₂”を乗算器２７
に供給する。すなわち、ループ回路１７は、図６に示す
ループ回路９と同様の構成である。

【００１８】また、ループ回路１６の全遅延時間にほぼ
対応したディレイ２１に供給される係数ＤＮ₁と、ルー
プ回路１７の全遅延時間にほぼ対応したディレイ２６に
供給される係数ＤＮ₂とは、ほぼ同一の値とする。これ
は、既に説明したように、ループ回路１６においては、
ループ回路１６の一周分の遅延時間を基本周期とした整
数倍音構成の楽音信号を合成し、ループ回路１７におい
ては、ループ回路１７の一周分の２倍の遅延時間を基本
周期とした奇数倍音構成の楽音信号を合成するので、ル
ープ回路１７の基本振動をｆ’としたときにループ回路
１６での基本振動が２ｆ’となり、ループ回路１６にお
いて、ループ回路１７の基本振動ｆ’に対する偶数倍音
構成の楽音を合成するようにするためである。

【００１９】乗算器２９および３０は、それぞれループ
回路１６および１７からそれぞれ出力される楽音信号
に、制御部１２からそれぞれ出力される出力利得乗算係
数ＯＧ₁およびＯＧ₂（図４（ｂ）および（ｃ）参照）を
乗算した後、加算器３１に供給する。加算器３１は、乗
算器２９の出力信号と乗算器３０の出力信号とを加算し
て、楽音信号ＭＳとして出力する。ここで、出力利得乗
算係数ＯＧ₁およびＯＧ₂の生成の１手法について説明す
る。まず、出力利得乗算係数ＯＧ₁は、図２に示すよう
に、所定波形のエンベロープ信号を発生するエンベロー
プジェネレータ（ＥＧ）３２に音色データＴＣを供給し
て出力する波形の種類を選択し、図４（ａ）に示すキー
オン信号の立ち上がりで選択されたエンベロープ信号を
発生させ、加算器３３において、そのエンベロープ信号
に図４（ｄ）に示すアフタタッチデータＡＴを加算し、
さらに、キーオフと同時に所定のキーリリースレートで
減衰させて、たとえば、図４（ｂ）に示す波形を生成す
る。なお、出力利得乗算係数ＯＧ₁のキーオン時の立ち
上がりの振幅は、タッチデータＴＣＨの大きさに対応し
ている。

【００２０】また、出力利得乗算係数ＯＧ₂は、図４
（ｃ）の例では、ループ回路１７から出力される楽音信
号を主とするために、キーオンと同時に立ち上がり、キ
ーオフがあるまでは一定値で、キーオフと同時に所定の
キーリリースレートで減衰させているが、この出力利得
乗算係数ＯＧ₂も、出力利得乗算係数ＯＧ₁と同様、図３
に示すように、ＥＧ３４からキーオン信号の立ち上がり
で音色データＴＣに基づいて選択された波形のエンベロ
ープ信号を発生させ、加算器３５において、そのエンベ
ロープ信号にアフタタッチデータＡＴを加算し、さら
に、キーオフと同時に所定のキーリリースレートで減衰
させて生成するようにしてもよい。

【００２１】このような構成において、演奏者が演奏操
作子１０の鍵盤の、たとえば、Ｃ音に対応した鍵を押鍵
操作すると、鍵盤からその鍵に対応した音高データＫＣ
等のキーデータが出力される。また、図示しないタッチ
入力部によって鍵盤のＣ音に対応した鍵のイニシャルタ
ッチおよびアフタータッチが検出され、タッチの強さを
示すタッチデータＴＣＨが生成され、アフタータッチデ
ータＡＴとともに出力される。

【００２２】これにより、制御部１２は、Ｃ音に対応し
た音高データＫＣやタッチデータＴＣＨ等に対する係数
ＦＬ₁およびＦＬ₂、係数Ｄｆ₁およびＤｆ₂並びに係数Ｌ
Ｇ₁およびＬＧ₂を出力するとともに、Ｃ音に対応する各
ループ回路１６および１７のそれぞれの全遅延時間から
上述したＡＰＦ２０および２５の遅延時間等を引いた値
をディレイ２１および２６の係数ＤＮ₁およびＤＮ₂とし
て出力し、音色制御フィルタ１９および２４、ＡＰＦ２
０および２５、乗算器２２および２７並びにディレイ２
１および２６に供給する。

【００２３】次に、制御部１２は、波形指定データＷＡ
ＶＥ、キーオン信号ＫＯＮおよびタッチデータＴＣＨを
励振信号発生部１３に供給するとともに、入力利得乗算
係数ＩＧ₁およびＩＧ₂をそれぞれ乗算器１４および１５
に供給する。これにより、励振信号発生部１３は、波形
指定データＷＡＶＥによって指定された信号波形を有す
る励振信号をキーオン信号ＫＯＮで指示された発生タイ
ミングおよびタッチデータＴＣＨで指定されたタッチの
強さで発生して出力する。この励振信号は、乗算器１４
および１５において、それぞれ入力利得乗算係数ＩＧ₁
およびＩＧ₂と乗算された後、ループ回路１６および１
７にそれぞれ供給される。

【００２４】次に、ループ回路１６に入力された信号
は、加算器１８の第１の入力端から入力された後、音色
制御フィルタ１９において係数ＦＬ₁に基づいて所定の
特性が付与され、ＡＰＦ２０において係数Ｄｆ₁に基づ
いて細かなピッチ合わせのために自身の周波数に応じて
位相遅延特性が付与された後、ディレイ２１において係
数ＤＮ₁に基づいて所定時間遅延され、さらに、乗算器
２２において正の係数ＬＧ₁と乗算されて加算器１８の
第２の入力端に帰還される。したがって、ループ回路１
６に入力された信号は、ループ回路１６内の循環を繰り
返すに従い、各周波数成分間の位相差が変化するととも
に、徐々に減衰していき、所定の櫛形特性が付与され、
このループ回路１６を循環する信号が、ＡＰＦ２０か
ら、図８（ｂ）に示すような基本振動２ｆ’の整数倍音
構成、すなわち、ループ回路１７の基本振動ｆ’の偶数
倍音構成の楽音信号として取り出される。

【００２５】いっぽう、ループ回路１７に入力された信
号は、加算器２３の第１の入力端から入力された後、音
色制御フィルタ２４において係数ＦＬ₂に基づいて所定
の特性が付与され、ＡＰＦ２５において係数Ｄｆ₂に基
づいて自身の周波数に応じて位相遅延特性が付与された
後、ディレイ２６において係数ＤＮ₂に基づいて所定時
間遅延され、さらに、乗算器２７において負の係数（−
ＬＧ₂）と乗算されて加算器２３の第２の入力端に帰還
される。したがって、ループ回路１７に入力された信号
は、ループ回路１７内の循環を繰り返すに従い、各周波
数成分間の位相差が変化するとともに、徐々に減衰して
いき、所定の櫛形特性が付与され、このループ回路１７
を循環する信号が、ＡＰＦ２５から、図８（ａ）に示す
ような基本振動ｆ’の奇数倍音構成の楽音信号として取
り出される。

【００２６】次に、ループ回路１６の出力信号は、乗算
器２９において、図４（ｂ）に示す係数ＯＧ₁と乗算さ
れた後、加算器３１の第１の入力端に入力される。いっ
ぽう、ループ回路１７の出力信号は、乗算器３０におい
て、図４（ｃ）に示す係数ＯＧ₂と乗算された後、加算
器３１の第２の入力端に入力される。これにより、加算
器３１は、乗算器２９の出力信号と乗算器３０の出力信
号とを加算して楽音信号ＭＳとして出力する。

【００２７】ここで、図５に楽音信号ＭＳの時間に応じ
たスペクトラム構造の一例を示す。図５（ａ）は図４
（ｂ）のａの部分、すなわち、アタックリリースの部分
のスペクトラム構造であり、この部分は、奇数倍音と偶
数倍音とをともに含んでいる。図５（ｂ）は図４（ｂ）
のｂの部分のスペクトラム構造であり、この部分は、奇
数倍音のみであり、クラリネット風のうつろな音色とな
っている。また、図５（ｃ）は図４（ｂ）のｃの部分、
すなわち、アフタタッチをきかせている部分のスペクト
ラム構造であり、この部分は、奇数倍音と多少の偶数倍
音を含んでいる。なお、図５（ａ）〜（ｃ）のそれぞれ
に示すスペクトラム構造の包絡線は、各ループ回路１６
および１７を構成する音色制御フィルタ１９および２４
の特性によって決定される。

【００２８】以上説明したように、上述した一実施例に
よれば、豊富な倍音を含むとともに、倍音構成が時間と
ともに大きく変化する楽音信号を合成することができる
ので、楽音作りに自由度が広がる。また、出力利得乗算
係数ＯＧ₁と出力利得乗算係数ＯＧ₂との大小関係を時間
に応じて交互に切り換えることにより、アナログシンセ
サイザでポピュラーなパルス幅変調(Pulse Width Modul
ation)方式によって変調された楽音と同様な楽音を得る
ことができる。すなわち、パルスのデューティを５０％
にすれば楽音は奇数倍音構成となり、デューティを１０
０％にすれば楽音は整数倍音構成となるので、パルス幅
変調方式によって変調された楽音と同様に時間に応じて
変化する楽音を合成することができるのである。

【００２９】なお、上述した一実施例においては、１段
のループ回路１６と１７とを並列に接続した例を示した
が、これに限定されない。たとえば、並列接続するルー
プ回路の数を増加させてもよい。また、複数段直列接続
したループ回路１６と、複数段直列接続したループ回路
１７とを並列接続してもよい。この場合には、より急峻
な倍音構成を有したピッチ感の確かな楽音を合成するこ
とができる。

【００３０】また、上述した一実施例においては、励振
信号発生部１３から乗算器１４および１５に同一の励振
信号を供給する例を示したが、乗算器１４と１５とにそ
れぞれ異なる励振信号発生部から出力される異なる励振
信号を供給するようにしてもよい。また、これらの励振
信号の波形は、インパルス波形、ノイズ波形、あるい
は、所定の波形でもよい。さらに、これらの励振信号
は、各ループ回路に連続的に供給してもよく、あるい
は、初期波形のみ供給するようにしてもよい。励振信号
の波形およびその供給方法により、合成される楽音の音
色を微妙に変化させることができる。

【００３１】さらに、上述した一実施例においては、ル
ープ回路１６および１７は、加算器、音色制御フィル
タ、ＡＰＦ、ディレイおよび乗算器によって構成した
が、これに限定されない。ループ回路１６は、音色によ
って特性が制御されるフィルタ、音高によって遅延時間
が制御されるディレイおよび正の乗算係数を乗算する乗
算器が含まれていればよく、また、ループ回路１７は、
上述したフィルタおよびディレイと、負の乗算係数を乗
算する乗算器が含まれていればよい。

【００３２】加えて、上述した一実施例においては、出
力利得乗算係数ＯＧ₁およびＯＧ₂をアフタタッチデータ
ＡＴに応じて制御した例を示したが、これに限定され
ず、入力利得乗算係数ＩＧ₁およびＩＧ₂に対して同様の
制御を行ってもよい。この場合、励振信号は、連続的に
乗算器１４および１５に供給したほうが望ましく、ルー
プ回路も直列接続したほうが望ましい。また、上述した
一実施例においては、ループ回路１６および１７のそれ
ぞれの全遅延時間を同一の値とした例を示したが、これ
に限定されず、整数比の関係となるようにして特殊な楽
音を合成するようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、豊富な倍音を含むとともに、倍音構成が時間ととも
に大きく変化する楽音信号を合成することができるとい
う効果がある。したがって、１つの楽音の音色が時間に
応じて極端に変化するので、楽音の表情付けに幅を持た
せることができる。

【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を適
用した電子楽器の構成を示すブロック図である。

【図２】出力利得乗算係数ＯＧ₁の生成の１手法を説
明するための図である。

【図３】出力利得乗算係数ＯＧ₂の生成の１手法を説
明するための図である。

【図４】キーオン信号ＫＯＮ、出力利得乗算係数ＯＧ
₁およびＯＧ₂、アフタタッチデータＡＴの波形の一例を
示す図である。

【図５】楽音信号ＭＳの時間に応じたスペクトラム構
造の一例を示す図である。

【図６】従来の電子楽器に用いられる楽音合成装置の
構成例を示すブロック図である。

【図７】クラリネット等の管楽器の基本的な構造に基
づく共鳴現象により発音される楽音の基本波ｆ’および
奇数倍音３ｆ’，５ｆ’の音圧分布を示す図である。

【図８】奇数倍音を含む楽音、偶数倍音を含む楽音お
よびそれらを混合した楽音のスペクトラム構造の一例を
示す図である。

【図９】従来の電子楽器に用いられる楽音合成装置の
構成例を示すブロック図である。

【図１０】フルート等の管楽器の基本的な構造に基づ
く共鳴現象により発音される楽音の基本波ｆおよび整数
倍音２ｆ，３ｆの音圧分布を示す図である。

【符号の説明】

１３……励振信号発生部（励振信号発生手段）、１６，
１７……ループ回路（第１のループ手段、第２のループ
手段）、２９，３０……乗算器（混合手段）、３１……
加算器（混合手段）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定波形の励振信号を発生する励振信号
発生手段と、前記励振信号に音色に応じた特性を付与するとともに、
所定の第１の時間遅延し、繰返し循環させる、正のルー
プ利得を有する第１のループ手段と、前記励振信号に音色に応じた特性を付与するとともに、
前記第１の遅延時間と同一あるいは、略整数比関係にあ
る第２の時間遅延し、繰返し循環させる、負のループ利
得を有する第２のループ手段と、前記第１のループ手段の出力信号と、前記第２のループ
手段の出力信号とを混合する混合手段とを具備すること
を特徴とする楽音合成装置。