JP2940012B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 この発明は、打弦楽器、撥弦楽器、擦弦楽器あるいは
打楽器等の楽音の合成に用いて好適な楽音合成装置に関
する。 「従来の技術」 従来、楽音合成装置としては、自然楽器の各種楽音波
形をPCM符号化して波形メモリ等に記録しておき、演奏
情報に対応した波形を波形メモリから読み出して再生す
る波形メモリ方式のものが一般的に知られている。しか
しながら、自然楽器では、演奏の状況に応じて実に多彩
な楽音が発生される。例えば管楽器等では吹奏圧が変わ
ることによって音色が多様に変化する。これらの多くの
楽音波形の発生を波形メモリ方式の楽音合成装置によっ
て行おうとする場合、波形メモリに対し、極めて膨大な
記憶容量が要求されるので、実現に無理がある。また、
複数の楽音波形を演算によって合成したり、あるいは変
調して多様な楽音波形を実現する方法も考えられるが、
この場合も極めて演算量が大きくなり、実現に無理があ
る。 そこで、自然楽器における発音メカニズムをシミュレ
ートした電気的モデルを動作させ、楽音を合成するよう
にした楽音合成装置が提案されるに至った。例えば、ピ
アノ等の打弦楽器音の楽音合成装置としては、弦におけ
る振動の伝播遅延をシミュレートした遅延回路と弦にお
ける音響損失をシミュレートしたローパスフィルタとを
閉ループ接続した構成のものがよく知られている。この
種の楽音合成装置においては、ハンマが弦を叩く時の衝
撃に相当する信号（例えばインパルス等）が閉ループに
入力され、閉ループが共振状態とされる。そして、閉ル
ープ内を循環する信号が楽音信号として取り出される。
このようにして、ピアノの弦がハンマによって叩かれる
ことによって励起され、定在波振動が発生する現象が忠
実に再現され、弦の定在波振動が直接周囲に放射される
ことによる楽音（以下、この楽音を便宜上、直接音と呼
ぶ）が忠実に再現される。 しかし、実際の自然楽器は共鳴器（例えば、ピアノに
おける響板、ギターにおける箱）を有しており、共鳴器
が直接音に共鳴することによって共鳴音が発生される。 共鳴音を直接音と共に再生することが可能な楽音合成
装置としては、直接音の楽音波形を記録した直接音用波
形メモリと、共鳴音の波形を記録した共鳴音用波形メモ
リとを備え、演奏情報に対応した直接音波形および共鳴
音波形を読み出し、重ね合わせて出力する方式のものが
例えば特公平１−15074号公報に開示されている。 「発明が解決しようとする課題」 ところで、ピアノ等の打弦楽器においては、ハンマに
よって弦を叩く時の衝撃が響板に伝播し、この衝撃に対
する共鳴音が発生される。また、ギター等の撥弦楽器に
おいても、ピックあるいは爪によって弦に与えられた打
撃がブリッジを介して箱に伝わり、この衝撃に対する共
鳴音が発生する。すなわち、実際の自然楽器において
は、発音体の定在波振動が直接放射される直接音、共鳴
器によって発生される直接音の共鳴音、および、発音体
を駆動する時に発音体に加えられる衝撃が共鳴器に伝播
することによって発生される共鳴音（以下、この共鳴音
を便宜上、過渡音と呼ぶ）の３種の音が発生され、これ
らを混合したものが楽音として聴取される。ここで、直
接音、直接音の共鳴音、過渡音の構成比は、楽器によっ
て各々異なり、また、同じ楽器であっても音高等の条件
によって異なる。例えば、ピアノでは弦がハンマによっ
て強烈に叩かれるので、特に高音域において、過渡音が
強くなる。また、箱のあるアコースティックギターは、
共鳴音の比率が大きく、箱のないソリッドのエレキギタ
ーは直接音が主である。また、同じギターを演奏する場
合においても、ブリッジのすぐ近くを弾いた場合は箱を
強く励振するので過渡音が強くなり、ブリッジから離れ
た所を弾く場合は過渡音が弱くなる。しかしながら、従
来、このような多様な過渡音の合成を行うことができる
楽音合成装置はなく、このため、現実味のある自然楽器
音を合成することができないという問題があった。 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであ
り、直接音、直接音の共鳴音および過渡音をバランス良
く含んだ楽音を発生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。 「課題を解決するための手段」 この発明は、演奏情報に対応した駆動信号を発生する
駆動信号発生手段と、 遅延手段を閉ループ接続したものであって、前記駆動
信号を該閉ループに入力し、該閉ループを循環する信号
を楽音信号として出力する楽音形成手段と、前記駆動信
号および前記楽音信号に対して共鳴効果を付与し、共鳴
音信号を出力する共鳴手段と、前記楽音信号および前記
共鳴音信号を所望の比率で混合して出力する出力手段
と、 を具備することを特徴としている。 「作用」 上記構成によれば、演奏情報に基づき、演奏の際に発
音系に与えられる衝撃に相当する駆動信号が、駆動信号
発生手段によって発生される。また、楽音形成手段によ
って駆動信号が閉ループに入力され、閉ループを循環す
る信号が楽音信号として出力される。そして、共鳴手段
によって、駆動信号および楽音信号に対して共鳴効果が
付与され、共鳴音信号が出力される。そして、出力手段
によって、楽音信号および共鳴音信号が所望の比率で混
合されて出力される。 「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説明する。 第１図はこの発明の一実施例によるピアノ音の楽音合
成装置の構成を示すブロック図である。同図における楽
音制御回路１では、外部から入力される操作情報に対応
し、各種制御情報が発生される。そして、これらの制御
情報によって、装置全体の動作が制御される。 楽音形成回路２は操作情報に対応した直接音の形成を
行う回路であり、加算器2a、弦における振動の伝播遅延
をシミュレートした遅延回路2bおよび弦の音響損失をシ
ミュレートしたフィルタ2cからなる閉ループ回路によっ
て実現される。 駆動信号発生回路３は、波形ROM（リードオンリメモ
リ）を有しており、この波形ROMには、ハンマによって
弦を叩く時の衝撃に相当する信号波形（この信号波形と
しては例えば多くの周波数成分を含んだインパルス波形
等が用いられる）をPCM符号化した時系列のデジタル信
号が記憶されている。そして、楽音発生時、楽音制御回
路１からキーオン信号KEYONが供給されると、波形ROMか
らデジタル信号が順次読み出され、音色調整フィルタ3a
を介し衝撃信号IPとして出力され、楽音形成回路２およ
びフィルタ７に供給される。ここで、音色調整フィルタ
3aは、発生する音の強さに応じて衝撃信号IPの波形を調
整するために設けられたものであり、楽音制御回路１か
ら供給された制御情報ηによってフィルタ演算用係数が
切り換えられる。 楽音形成回路２において、衝撃信号IPは、加算器2a→
遅延回路2b→フィルタ2cからなる閉ループを循環する。
この閉ループは、閉ループを信号が一巡するのに要する
遅延時間の逆数に対応する１次の共振周波数、および１
次の共振周波数の整数倍の高次の共振周波数を有する共
振回路として動作する。そして、閉ループを駆動信号が
循環することにより、駆動信号中における上記各共振周
波数成分が強調される。 ここで、遅延回路2bは例えば段数を切り換えることが
可能なシフトレジスタ等によって実現され、楽音制御回
路１から供給されるキーコード情報KCによって遅延時間
が切り換えられる。このようにすることで、弦に対応
し、閉ループを信号が一巡する時間、すなわち、楽音の
１次の共振周波数が切り換えられる。また、フィルタ2c
は、通常、ローパスフィルタによって実現される。ここ
で、ピアノに張設された各弦は、各々、振動の減衰率の
周波数特性が異なるので、楽音制御回路１からフィルタ
2cには、弦に対応した音色パラメータTNが与えられ、こ
の音色パラメータに従ってフィルタ2cにおけるフィルタ
演算用係数を切り換えられる。このようにして、楽音制
御回路１によって指定された音高および音色のドライ信
号SDRYが発生される。なお、楽音形成回路２としては、
上述の構成の他、例えばFM音源あるいはPCM音源によっ
て構成してもよい。 フィルタ７は弦の固定端から響板に至るまでの振動の
伝播経路の損失をシミュレートしたものである。このフ
ィルタ７によって衝撃信号IPが帯域制限される。この損
失は周波数が高い程、大きくなるので、フィルタ７は、
通常、ローパスフィルタが用いられる。また、フィルタ
７のフィルタ演算用係数は、楽音制御回路１から供給さ
れる制御情報ξによって、弦に対応して切り換えられ
る。すなわち、ピアノにおいては、各弦から響板までの
振動の伝播経路は各々異なりが異なり、各伝播経路の損
失の周波数特性が各々異なるので、それに合わせてフィ
ルタ演算用係数の切換が行われる。 混合回路６は、乗算器6a,6bおよび加算器6cによって
構成される。そして、乗算器6aによって直接音信号SDRY
に乗算係数γ_３が乗じられ、乗算器6bによってフィルタ
７の出力信号に乗算係数γ_４が乗じられ、各乗算結果が
加算器6cによって加算され、共鳴回路４に入力される。
ここで、乗算係数γ_３およびγ_４は、後述するように楽
音の音高に応じて両者の比率が制御される。なお、この
楽音合成装置には過渡音の大きさを調整するボリューム
（図示せず）が設けられており、このボリュームを操作
することによって、乗算係数γ_３およびγ_４を変更する
こともできる。 共鳴回路４は、ピアノの響板の音響特性をミシュレー
トしたものであり、例えば前述の楽音形成回路２におい
て用いられているような遅延回路とフィルタとによる閉
ループ回路によって実現される。一般にピアノの響板は
多数の共振周波数を有するが、これに応じ、共振周波数
の異なる閉ループ回路を複数並列接続することによっ
て、ピアノの響板の音響特性を忠実に再現した共鳴回路
４を実現することができる。この共鳴回路４によって、
混合回路６の出力信号に対して共鳴効果が与えられる。
この結果、弦の定在波振動およびハンマから弦に与えら
れた衝撃の両方の信号波形に対する共鳴音が共鳴回路４
から出力される。なお、共鳴回路４の構成例について
は、後述する。 混合回路５は、乗算器5a,5bおよび加算器5cによって
構成される。乗算器5aには、直接音信号SDRYが入力さ
れ、楽音制御回路１から供給される乗算係数γ_１が乗じ
られる。また、乗算器5bには、共鳴回路４の出力信号が
入力され、楽音制御回路１から供給される乗算係数γ_２
が乗じられる。そして、各乗算結果が、加算器5cによっ
て加算される。これらの乗算係数γ_１およびγ_２は、発
生する楽音に適した値が設定されるが、この楽音合成装
置に設けられた直接音の大きさを調整するボリューム
（図示せず）を操作することにより、変更することもで
きる。このようにして、直接音信号SDRYと共鳴回路４の
出力信号が混合され、楽音信号として出力される。 以下、この楽音合成装置に鍵盤ユニットを接続し、鍵
盤付電子楽器を構成する場合を想定し、動作を説明す
る。鍵盤ユニットにおいて鍵の操作が検知されると、音
高指定のためのキーコード情報KC、音色パラメータTNが
楽音制御回路１から出力され、これらの制御情報に従っ
て、楽音形成回路２における遅延回路2bの遅延時間設
定、フィルタ2cのフィルタ演算用係数の設定が行われ
る。次いで、楽音制御回路１からキーオン信号KEYONが
出力される。この結果、駆動信号発生回路３が駆動さ
れ、楽音形成回路２によって直接音信号SDRYが発生され
る。 一方、衝撃信号はフィルタ７によって弦から響板に至
るまでの伝播損失が付与される。そして、フィルタ７の
出力信号と直接音信号SDRYとが混合回路６によって混合
され、混合出力に対し、共鳴回路４によって共鳴効果が
付与される。そして、ドライ信号と共鳴回路４の出力信
号とが混合回路５によって混合され、楽音信号として出
力される。 ここで、乗算係数γ₃,γ_４について説明する。一般的
にピアノの場合、高音になる程、過渡音が強調される。
従って、この楽音合成装置では、音高が高くなるに従
い、乗算係数γ_４が乗算係数γ_３に対して大きくなるよ
うに制御される。なお、乗算係数γ₃,γ_４の比率を打鍵
時のタッチに応じて調整するようにしてもよい。また、
乗算係数γ₃,γ_４の比率が時間の経過と共に滑らかに変
化するようにしてもよい。

【共鳴回路の構成例】

第２図は上記実施例における共鳴回路４の構成例を示
すブロック図である。ただし、第２図の共鳴回路はステ
レオ再生への対応を考慮し、左チャネル用出力Ｌおよび
右チャネル用出力Ｒを有する構成となっている。従っ
て、この共鳴回路を上記実施例に適用する場合、左チャ
ネル用出力Ｌおよび右チャネル用出力Ｒの各々に対応
し、ドライ信号との混合を行う混合回路を設けるか、ま
たは、左右どちらか一方のチャネル出力を使用する。 この共鳴回路は、第２図に示すように、乗算器61〜6
4、閉ループ回路71〜74、加算器81,82、オールパスフィ
ルタ91,92からなる。閉ループ回路71〜74は、ピアノの
響板の共振特性のシミュレートしたものであり、各閉ル
ープ回路71〜74は、各々、異なった共振特性を有してい
る。従って、この共鳴回路は、各閉ループ回路71〜74の
１次の共振周波数および２次、３次、…といった高次の
共振周波数の各々を共振周波数として有する。 閉ループ回路71は、加算器171、遅延回路172、オール
パスフィルタ173およびよく知られたローパスフィルタ1
74によって構成される。ここで、オールパスフィルタ17
3の位相遅延は周波数に応じて変化するようになってお
り、閉ループ回路71において、高次の共振周波数が１次
の共振周波数の整数倍とならない非調和な倍音構造を有
する共振特性が得られる。そして、乗算器61を介して閉
ループ回路71に信号が入力されると、入力信号の中か
ら、上記非調和な各共振周波数成分が選択され、ローパ
スフィルタ174によって減衰されながら、閉ループ内を
循環する。なお、このようなオールパスフィルタを用い
た閉ループ回路の共振特性については、例えば特公昭56
−28274号公報に開示されている。 そして、閉ループ回路71を循環する信号が、遅延回路
172における遅延時間の異なった各遅延出力端から取り
出され、各々、乗算器172aおよび172bを介し、加算器81
および82に供給される。他の閉ループ回路72〜74も、同
様の構成となっており、各々から遅延位相の異なった２
組の信号が出力され、加算器81および82に各々入力され
る。そして、加算器81および82の各出力信号はオールパ
スフィルタ91および92を各々介し、左チャネル用出力信
号Ｌ、右チャネル用出力信号Ｒとして出力される。な
お、オールパスフィルタ173、91および92としては、従
来公知の第３図（ａ）〜（ｄ）に示す構成のものを使用
する。 この共鳴回路によれば、各閉ループ回路71〜74は、１
次の共振周波数が各々異なるのに加え、各共振特性が非
調和であるため、実際のピアノの響板が有する非常に多
くの共振周波数を実現することができる。また、各閉ル
ープ回路71〜74から位相の異なった２組の信号を取り出
し、各々の左チャネル用出力Ｌおよび右チャネル用出力
Ｒとして出力するようにしているので、入力信号に対
し、残響効果が付与され、幅の広い楽音が発生される。 なお、上述した実施例では、ピアノ音を合成する場合
を例に説明したが、同様の構成により、ギター等の撥弦
楽器の他、多くの種類の自然楽器の楽音合成を行うこと
ができる。例えば、ギターの楽音合成装置を構成する場
合は、弦の弾く位置を指定する情報を楽音制御回路１に
入力するようにしておき、弾く位置がブリッジの近くの
場合は乗算係数γ_４を大きくして過渡音を強調し、ブリ
ッジから離れた位置の場合は乗算係数γ_４を小さくして
過渡音を弱めるようにすると効果的である。また、ギタ
ーでは、ピックが厚い程、過渡音が大きくなるので、ピ
ックの厚さを指定する操作情報に基づいて乗算係数γ_４
を調整してもよい。また、乗算係数γ_１とγ_２の比を連
続的に変化させるようにすることで、箱なしのギター演
奏から箱付きのギター演奏に変化した場合のような実際
の楽器では実現し得ない多彩な演奏が可能となる。ま
た、この楽音合成装置は、上述したようなデジタル回路
に限らず、アナログ回路によって実現することも可能で
あり、DSP（デジタル信号プロセッサ）による演算処理
によって実現することも勿論可能である。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、演奏情報に
対応した駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、遅延
手段を閉ループ接続したものであって、前記駆動信号を
該閉ループに入力し、該閉ループを循環する信号を楽音
信号として出力する楽音形成手段と、前記駆動信号およ
び前記楽音信号に対して共鳴効果を付与し、共鳴音信号
を出力する共鳴手段と、前記楽音信号および前記共鳴音
信号を所望の比率で混合して出力する出力手段とを設け
たので、楽器の演奏時に発生されるドライ音、ドライ音
の共鳴音および過渡音をバランスよく含んだ自然感に富
んだ楽音を容易に発生することができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の構成
を示すブロック図、第２図は同実施例において用いる共
鳴回路の構成例を示すブロック図、第３図は第２図の共
鳴回路において用いるオールパスフィルタの構成例を示
すブロック図である。 １……楽音制御回路、２……楽音形成回路、３……駆動
信号発生回路、４……共鳴回路、5,6……混合回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−109922（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−33020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−231595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−91193（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−98094（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−98096（ＪＰ，Ａ) 特許2782836（ＪＰ，Ｂ２) 特許2782831（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G10H 1/00 - 7/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】演奏情報に対応した駆動信号を発生する駆
   動信号発生手段と、 遅延手段を閉ループ接続したものであって、前記駆動信
   号を該閉ループに入力し、該閉ループを循環する信号を
   楽音信号として出力する楽音形成手段と、 前記駆動信号および前記楽音信号に対して共鳴効果を付
   与し、共鳴音信号を出力する共鳴手段と、 前記楽音信号および前記共鳴音信号を所望の比率で混合
   して出力する出力手段と を具備することを特徴とする楽音合成装置。