JP2977204B2 - 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、管楽器等の各種自然楽器音の合成または
残響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」 自然楽器の発音メカニズム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
の楽音を合成する方法が知られている。なお、この種の
技術は、例えば特開昭63−40199号公報に開示されてい
る。

第５図は管楽器の発音メカニズムをシミュレートする
ことにより得られた楽音合成装置の構成を示したもので
ある。同図において、11はROM（リードオンリメモ
リ）、12は加算器、13は減算器、14,15および16は乗算
器であり、これらの構成要素によりクラリネット等の管
楽器のマウシ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10が構成される。

ここで、ROM11内の記憶情報について説明する。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
ウスピースの間隙に息を吹き込むことにより行われる。
この場合、吹奏者がマウスピースをくわえる時にリード
へ加わる圧力（この圧力はアンブシュアと呼ばれる）お
よび間隙内における空気圧との総和によって、間隙の断
面積が変化する。そして、この場合のリードに加わる全
圧力と間隙の断面積との関係はリードの弾性特性に従う
ので、非線形な関係となる。ROM11には、このリードに
加わる圧力（入力）と間隙の断面積（出力）との関係を
示す非線形関数のテーブルが記憶されており、圧力に相
当するデータをアドレスとして指定することにより間隙
の断面積に相当するデータが出力されるようになってい
る。

20は管楽器の管部、すなわち、共鳴管の伝送特性をシ
ミュレートしたフィルタである。

この構成において、減算器13には吹奏圧に相当する情
報Ｐと、フィルタ20から送られてくる情報、すなわち、
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ｑとが入力される。そして、減算器13によって、情
報Ｐから情報ｑが減算され、マウスピース内の空気圧に
相当する情報△Ｐが出力される。そして、加算器12によ
って、吹奏者がマウスピースをくわえる時の圧力（この
圧力はアンブシュアと呼ばれる）に相当する情報Ｅと、
減算器13の出力情報△Ｐとが加算され、リードに加わる
全圧力に相当する情報PPが出力される。そして、この情
報PPがROM11に与えられる。

そして、ROM11からマウスピースとリードとの断面積
に相当する情報Ｓが出力されて乗算器15に入力される。
一方、乗算器14によって情報△Ｐに−１が乗じられ、そ
の乗算結果−△Ｐが乗算器15に入力される。この−１を
乗じる処理によって、管内側からリード側へ向かう空気
圧を正として表した圧力情報△Ｐが、リード側から管内
に向かう方向を正とする圧力情報−△Ｐに変換される。
そして、乗算器15によって、マウスピースとリードとの
間隙の断面積に相当する情報Ｓと間隙内の空気圧に相当
する情報−△Ｐとが乗算され、間隙を通過する空気流の
流速に相当する情報FLが求められて出力される。

そして、乗算器16によって、空気流の流速に相当する
情報FLに管部の入口（リード取り付け部付近）の空気流
の通りにくさに相当する情報Ｇが乗じられ、管内へ進行
する圧力波に相当する情報Ｘが出力される。そして、情
報Ｘはフィルタ20に入力され、フィルタ20の出力情報が
管部からリードへ逆流する空気流の圧力に相当する情報
ｑとして減算器13に入力される。そして、上述と同様の
処理が行われてリードから発して管内に向かう空気圧力
波に相当する情報Ｘが求められ、フィルタ20に入力され
る。

このようにして励振回路10とフィルタ20とで構成され
る閉ループにおいて空気圧力波に相当する情報の循環、
すなわち、共振動作が行われる。そして、フィルタ20の
所定のノードから楽音情報が取り出され、この楽音情報
に基づいて楽音が発生される。

「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は、リードの
動きがマウスピースとリードとの間隙内の空気圧力△Ｐ
に依存する管楽器（例えば、クラリネットあるいはサッ
クス）には適しているが、唇をリードする（この場合、
吹奏者の唇はリップリードと呼ばれる）トランペット等
の金管楽器には適用することができない。以下、その理
由を説明する。

リップリードの場合、唇の開き具合が小さい時は、口
内圧力は唇を開くように作用し、管側からの空気圧は唇
を閉じるように作用する。しかし、唇の開き具合が大き
くなると、管側からの圧力はあまり唇に作用を及ぼさな
くなる。すなわち、リップリードの場合、口内圧力およ
び管側からの圧力が変化すると、たとえ両者の圧力者が
変わらなくても、唇の開き具合が変わってしまう。従っ
て、従来の楽音合成装置を真似て、口内圧力と管側から
の空気圧との圧力差を求めても、その圧力差から唇の開
き具合を一義的に決定することができず、トランペット
等の金管楽器の楽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、ト
ランペット等の金管楽器のように、リードの動きを口内
圧力と管内圧力との圧力差によって一義的に決定するこ
とができない管楽器の楽音をも合成することができると
共にその他の各種自然楽器音の合成または残響効果音の
合成を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」 上記課題を解決するため、本発明は、入力信号に対し
て少なくとも所定時間の遅延を施して出力する信号伝送
手段と、前記信号伝送手段から出力された信号をフィル
タリングして出力するフィルタ手段と、演奏操作に対応
したＭビットの信号および前記フィルタ手段から出力さ
れたＮビットの信号の組合せと出力信号との関係を予め
求めて記憶したメモリを有し、前記Ｍビットの信号と前
記Ｎビットの信号とからなる（Ｍ＋Ｎ）ビットの入力信
号をアドレスとして前記メモリに記憶された信号を読み
出して前記信号伝送手段に入力する励振手段とからなる
閉ループを備え、前記信号伝送手段から出力されて前記
フィルタ手段に入力される信号を前記信号伝送手段に帰
還させるとともに、前記閉ループを循環する信号を楽音
信号として取り出すようにしたことを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、フィルタ手段からの出力情報であ
るＮビットの信号と呼気圧に相当する情報であるＭビッ
トの信号の組合せと出力信号との関係を予め求めて励振
手段のメモリに記憶しておく。励振手段は、上記Ｍビッ
トの信号とＮビットの信号とからなる（Ｍ＋Ｎ）ビット
の入力信号をアドレスとしてメモリへ入力し、当該メモ
リに記憶されている信号を読み出して信号伝送手段に入
力する。信号伝送手段は、この入力信号に対して管楽器
の管部の空気圧力波に対する伝播特性をシミュレートし
た遅延処理を施して出力する。信号伝送手段から出力さ
れた信号はフィルタ手段に入力されるとともに、当該信
号伝送手段に帰還させられる。フィルタ手段は、信号伝
送手段から出力された号応をフィルタリングして励振手
段に圧力する。こうすることで、呼気導入部から管楽器
の管部へ向かう空気圧力波に相当する情報を励振手段，
信号伝送手段及びフィルタ手段からなる閉ループで帰還
させることになるため、管楽器の楽音が合成されること
になる。

「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明する。

第１図はこの発明の第１実施例による楽音合成装置の
構成を示すブロック図である。なお、同図において、前
述した第５図と対応する部分には同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

この楽音合成装置は、トランペットの楽音を合成する
ことを目的として構成されている。そして、この楽音合
成装置では、トランペット吹奏時の口内圧力の大きさお
よび管内圧力の大きさを各種想定し、口内圧力と管内圧
力との各組み合わせとそれらに対応する唇の間隔面積と
の関係を表した非線形テーブルＡがROM11aに記憶されて
いる。そして、外部から供給される口内圧力に相当する
情報Ｐおよびフィルタ20aからジャンクション30を介し
て出力される管内圧力に相当する情報ｑを各々アドレス
情報の上位ビットおよび下位ビットとしてROM11aに与
え、唇の間隙面積に相当する情報ｑを得るようにしてい
る。第２図はROM11aを記憶させた口内圧力情報Ｐと管内
圧力ｑと唇の間隙面積を表す情報Ｓとの関係を例示した
ものである。なお、第１図におけるフィルタ20aはトラ
ンペットの管部の空気圧力波に対する伝送量周波数特性
に合わせて設計されている。

そして、この楽音合成装置では、口内圧力に相当する
情報Ｐと管内圧力に相当する情報ｑとの差を減算器17に
よって求め、唇の間隙部における空気圧力に相当する情
報△Ｐを求め、乗算器15によって情報Ｓと情報△Ｐとを
乗算して唇の間隙部における空気流の流速に相当する情
報FLを得るようにしている。また、フィルタ20aの入出
力部には、加算部31および32からなるジャンクション30
が介挿されている。さらに詳述すると、乗算器16からの
出力情報とフィルタ20aからの出力情報とが加算器31に
よって加算されてフィルタ20aに入力され、加算器31の
出力情報とフィルタ20aの出力情報とが加算器32によっ
て加算されて減算器17およびROM11aに入力されるように
構成されている。このジャンクション30によって、管楽
器のマウスピースと管部との境目における空気圧力波の
散乱現象がシミュレートされる。

ここで、非線形テーブルＡを記憶しているROM11aにつ
いて詳述すると、第５図に示す従来の構成では口内圧力
に相当する情報Ｐと管内圧力に相当する情報ｑとの演算
結果をアドレスとして非線形テーブルを参照していたの
に対し、本実施例では、口内圧力に相当する情報Ｐと管
内圧力に相当する情報ｑの両方を直接アドレスとして非
線形テーブルＡを参照するようにしたので、非線形のバ
リエーションが増やせ多彩な制御ができる。そして、口
内圧力に相当する情報Ｐとフィルタ20aからジャンクシ
ョン30を介して出力される管内圧力に相当する情報ｑか
ら唇の間隙面積に相当する情報Ｓが求められ、トランペ
ットの楽音の合成が行われる。

第３図はこの発明の第２実施例を示したものである。
この実施例では、入力情報Ｐおよびｑに対する出力情報
として、唇の間隙面積に相当する情報Ｓに対して情報△
Ｐ＝Ｐ−ｑを乗じ、さらに情報Ｇを乗じた情報Ｇ・△Ｐ
・Ｓを記憶したROM11bを用いた。そして、このようなRO
M11bを用いることにより、第１図における減算器17およ
び乗算器15,16を省略した。なお、この図では第１図に
おけるジャンクション30は省略されている。

第４図はこの発明の第３の実施例を示したものであ
る。この実施例では、ROM11bの出力とフィルタ20aの入
力との間にローパスフィルタ18aが介挿され、フィルタ2
0aの出力とROM11bの入力との間にローパスフィルタ18b
が介挿されている。なお、この実施例ではジャンクショ
ン30を用いる代わりにフィルタ20aの出力を加算器19を
介してフィルタ20aに戻すようにしている。

この実施例によれば、情報Ｐおよびｑから情報Ｓへの
変換によって発生する量子化雑音がローパスフィルタ18
aによって除去される。また、ローパスフィルタ18bを介
挿したことにより、情報ｑの変化に対してROM11bの出力
情報が遅れて変化するようになり、リード（唇）の慣性
の楽音への影響を再現することができる。

なお、以上の実施例では、デジタル回路により楽音合
成装置を構成した例を説明したが、ソフトウエアによる
処理、またはアナログ回路に置き換えてもよい。また、
本発明は管楽器音の合成以外に各種自然楽器音の合成や
残響音の合成にも適用することができる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、演奏操作に対
応した信号とフィルタ手段から出力された信号からなる
入力信号を励振手段のメモリへアドレスとして入力し、
このメモリに予め求めて記憶しておいた当該入力信号と
出力信号との関係に基づいて、当該メモリに記憶されて
いる信号を読み出して信号伝送手段に入力する。信号伝
送手段はこの入力信号に対して少なくとも所定時間の遅
延を施して出力するので、この出力信号を当該信号伝送
手段に帰還するとともに、フィルタ手段に入力して当該
フィルタ手段でフィルタリングしてから励振手段に与え
る。そして、励振手段，信号伝送手段及びフィルタ手段
からなる閉ループの循環信号を楽音信号として取り出す
ようにする。

これにより、自然楽器の発音メカニズムに即した楽音
合成を行うことができる。また、トランペット等の金管
楽器のように、リードの動きを口内圧力と管内圧力との
圧力差によって一義的に決定することができない管楽器
の楽音を合成することができると共に、各種自然楽器
音，残響音の合成ができる。

さらに、演奏操作に対応した信号及びフィルタ手段か
ら出力された信号に基づいて信号伝送手段に与える出力
信号を発生させるのにメモリを用いているため、励振手
段において必要であった加算器や乗算器等の各種の演算
器を省略することが可能となり、信号伝送手段における
演算処理により多くの負荷がかけられるという効果が得
られる。

加えて、信号伝送手段と励振手段の間にフィルタ手段
を介挿しているので、信号伝送手段の出力に対して励振
手段の出力信号が遅れて変化することになり、リード
（唇）の慣性の楽音への影響を再現できるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１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図は同実施例におけるROM11a
に記憶された非線形テーブルの例を示した図、第３図は
この発明の第２実施例による楽音合成装置の構成を示す
ブロック図、第４図はこの発明の第３実施例による楽音
合成装置の構成を示すブロック図、第５図は従来の楽音
合成装置の構成を示すブロック図である。 11a,11b……ROM（励振手段）、18b……ローパスフィル
タ（フィルタ手段）、20a……フィルタ（信号伝送手
段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に対して少なくとも所定時間の遅
   延を施して出力する信号伝送手段と、 前記信号伝送手段から出力された信号をフィルタリング
   して出力するフィルタ手段と、 演奏操作に対応したＭビットの信号および前記フィルタ
   手段から出力されたＮビットの信号の組合せと出力信号
   との関係を予め求めて記憶したメモリを有し、前記Ｍビ
   ットの信号と前記Ｎビットの信号とからなる（Ｍ＋Ｎ）
   ビットの入力信号をアドレスとして前記メモリに記憶さ
   れた信号を読み出して前記信号伝送手段に入力する励振
   手段と からなる閉ループを備え、前記信号伝送手段から出力さ
   れて前記フィルタ手段に入力される信号を前記信号伝送
   手段に帰還させるとともに、前記閉ループを循環する信
   号を楽音信号として取り出すようにしたことを特徴とす
   る楽音合成装置。