JP3160981B2 - 電子楽器用音源の制御装置 - Google Patents
電子楽器用音源の制御装置Info
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Description
置に関し、特に自然楽器の発音機構を電子的にシミュレ
ートしたいわゆる物理音源用の制御装置に関する。
音機構をシミュレートした物理モデル音源と言われるも
のがある。この音源は特に持続音を発生する擦弦楽器や
管楽器の楽音発生に適している。擦弦楽器の楽音発生の
ためには音高信号の他、弓圧信号、弓速信号等を必要と
し、管楽器の楽音発生のためには音高信号の他、息圧信
号、アンブシュア信号等を必要とする。
を説明する。まず、擦弦楽器の場合を例にとって説明す
る。弓速情報、弓圧情報は、ゲート回路112、120
を介して与えられ、これらのゲート112、120はキ
ーオン信号で開かれ(オン)、キーオフ信号で閉じられ
る(オフ)。
れている時に、弓速情報が入力すると、弓速情報は加算
回路113に入力し、加算回路115、除算回路117
を介して非線形回路118に入力する。非線形回路11
8は、擦弦楽器の非線形な弦の特性をシミュレートする
回路であり、入力が小さな領域では入力に比例する出力
を生じ、入力がある値を越えると、非線形に変化した低
い出力を与える。
の間の静摩擦係数、動摩擦係数による運動を近似する。
非線形回路118の出力は乗算回路119を介して加算
回路125、126に出力される。
する線路内の対称の位置に配置されている。この閉ルー
プは擦弦楽器の弦の運動を近似するものであり、1対の
遅延回路128、129、1対のローパスフィルタ13
1、132、1対の減衰回路134、135、1対の乗
算回路137、138を含む。
開ループ内で遅延を与え、発音する楽音の音高を決定す
る回路である。1対の遅延回路128、129によっ
て、弓が弦と接触する擦弦位置から固定端である駒まで
の弦の部分と擦弦位置から指が弦を指板に押圧する押弦
位置までの弦部分とを近似する。
の特性によって変化する。ローパスフィルタ131、1
32はこの弦の特性を近似するものである。また、振動
が弦を伝達する際に振動は減衰する。1対の減衰回路1
34、135は減衰量を制御してこの弦を伝わる信号の
減衰をシミュレートする。キーオフ信号が入力した時
は、減衰量を著しく大きくすることによって、弦の振動
を停止させる。
位相を反転させる。乗算器137、138は、入力に固
定係数−1を乗算する。すなわち、減衰なしの反射を表
わすように位相を反転させる。実際の自然楽器において
は、反射の際減衰も発生するが、その減衰は減衰回路1
34、135の減衰量として考慮しておけばよい。
フィルタ131、132には音色信号が供給されて信号
波形を調整する。このようにして、信号が閉ループを循
環すると、振動が弦を伝達し、反射し、再び元の位置に
戻る運動をシミュレートすることができる。
それぞれ取り出されて加算回路140に入力している。
これは弦の両側から進行した振動が擦弦位置に供給され
ることを表わす。両方向から進行した入力が加算回路1
40で加算され、加算回路113に供給されて弓速信号
と加算される。
生している際には、振動している弦の持続音と新たに弦
を弓が擦ることによって発生する振動が加算されて楽音
を発生させることを表わす。
17、出力側に乗算回路119を有する。除算回路11
7、乗算回路119は、それぞれ弓圧信号をゲート12
0を介して受けている。
は、弓圧信号によって除算されて小さなものとなり、乗
算回路119において弓圧信号を乗算されて大きなもの
に変化する。すなわち、非線形回路118の特性を固定
しておいた場合に、弓圧信号を変化させると非線形回路
118の入力、出力のスケールが変化することになる。
弓圧信号が大きくなると、特性の線形部分が拡大し、静
摩擦係数部分が広くなったことを表わす。
タ122と加算回路123を経て加算回路115にフィ
ードバックされている。非線形回路118の特性は、静
摩擦係数を表わす線形部分とその外側の動摩擦係数を表
わす小出力領域とを有し、その間でステップ状の切換え
を行なう。
配される領域になった時にその出力は小さくなり、フィ
ードバックループを介して入力側に帰還される量も減少
する。一旦動摩擦係数領域に入った後入力を減少させる
場合は、小さな出力に対応してフィードバック量も小さ
い。従って、切換えはより小さい入力値で起こる。
118の入力が増大している時と、減少している時でフ
ィードバックされる量が異なり、全体としてヒステリシ
スを持った特性を与える。
防止するために設けられた回路である。図17に示した
楽音信号形成回路においては、楽音信号を形成するため
に音高情報の他に弓速情報や弓圧情報を重要なパラメー
タとしている。
に、息を吹込む圧力を表わす情報である息圧信号、口構
えを表わす信号であるアンブシュア信号emが用いられ
る。息圧信号は振動の駆動源となり、アンブシュア信号
は楽音の音色等を制御する。非線形回路117、11
8、119は、管楽器の管内の振動を表わす非線形回路
で置き換えられる。また、遅延回路128、129を含
む閉ループは、管楽器内で振動が往復する管を表わす回
路となる。
として、鍵盤操作子から得たベロシティやアフタータッ
チを用いる方法がある。また、ウインドコントローラや
擦弦的操作子を用いる場合、これら各操作子内に設けら
れたセンサによってそれぞれ息圧信号、アンブシュア信
号、弓速信号、弓圧信号等を得、物理モデル音源に供給
する方法がある。
データがさまざまな音楽表情に関連する。たとえば、管
楽器の場合、音量は主に息圧信号によって制御され、音
色は主にアンブシュア信号emによって制御される。し
かし、音量を増大しようとして息圧信号を増大させる
と、音色も変化してしまい、音色を変化させようとして
アンブシュア信号を変化させると音量も変化してしま
う。
には、息圧信号を増大させると共にアンブシュア信号を
減少させる必要がある。これは、たとえば自然楽器のサ
キソフォンにおいて、音量を増大させようとする場合、
まずアンブシュアを弛めてリードが振動し易い状態に
し、強く息を吹込むことに対応している。
させる場合、アンブシュア信号のみを変化させると音量
まで変化してしまう。従って、アンブシュア信号を変化
させると共に、息圧信号も調整する必要がある。
依存し、音色は主に弓圧信号に依存するが、音量、音色
のいずれも弓速、弓圧のみによって定めるものではな
い。このように、物理モデル音源の入力パラメータと目
的とする音楽表情とは1:1には対応せず、複雑に関連
し合っている。
は、物理モデル音源の入力パラメータを発生するための
エンベロープジェネレータEGが不可欠である。従来の
エンベロープジェネレータEGは、物理モデル音源の制
御パラメータのエンベロープを発生するものであり、ベ
ロシティやアフタータッチでこれらのエンベロープジェ
ネレータを駆動すると、各種の音楽表情を独立に制御す
ることがほとんど不可能であった。
行なうウインドコントローラや擦弦的操作子は、物理モ
デル音源の入力パラメータを直接制御することができ
る。従って、練習によってノウハウを修得すれば、任意
の表情制御が可能となる。
て所望の楽音を発生させるためには、アルゴリズムや操
作子ごとに練習が必要であり、キーボード演奏者には演
奏不可能となる。
物理モデル音源を用いて所望の音楽的効果を得ようとす
ると、その演奏操作は多くの演奏者にとって容易なもの
ではなかった。
音楽的表情を独立に制御することのできる電子楽器用音
源の制御装置を提供することである。
ば、自然楽器の奏法に対応する複数のパラメータに基づ
き楽音信号を形成することにより自然楽器をモデリング
する物理モデル音源を用いた電子楽器用音源の制御装置
は、演奏者の操作に応じて、前記複数のパラメータとは
異なる、楽音の異なる特性を制御するための信号をそれ
ぞれ発生するための複数の操作子(11、12)と、前
記複数の操作子からの複数の信号に基づき、時間変化す
る複数の時変動信号を発生し、前記発生した複数の時変
動信号の特性を制御して前記複数のパラメータとして出
力する制御出力手段(14、21〜24、31〜34)
とを有する。
御するため演奏は容易である。複数のパラメータのそれ
ぞれを複数の操作子からの信号に基づいて制御すること
により、操作子の操作によって楽音の異なる特性を所望
のように制御することが可能となる。
量を増大させる際には、単一の操作子の操作に基づいて
息圧を増大すると共にアンブシュアを減少させ、物理モ
デル音源から発生する楽音信号の音色が変化しないよう
にすることができる。
源の制御装置を示す。図1(A)は制御装置の構成を示
す。ペダルで例示した操作子11、12はそれぞれ音
色、ダイナミクスを制御する信号を発生する。これらの
信号をそれぞれtone、dynaで表わす。音色信号
toneおよびダイナミクス信号dynaは相関テーブ
ル14に供給される。相関テーブル14は、ダイナミク
ス信号dynaに基づいて息圧信号aaaおよびアンブ
シュア信号cccを発生する。また、相関テーブル14
は音色信号toneに基づいて息圧信号bbbおよびア
ンブシュア信号dddを発生する。
aa、bbbに基づいて1つの息圧元信号source
を発生する。この息圧元信号sourceは、ダイナミ
クスペダル12の操作量に応じたダイナミクス信号dy
naに依存する成分aaaのみでなく、音色ペダル11
の操作量に応じた音色信号toneに依存した成分bb
bを加味したものである。
から供給される2つのアンブシュア信号ccc、ddd
に基づいて1つのアンブシュア元信号sourceを発
生する。この元信号も、音色ペダル11の操作量に応じ
た信号toneに基づく成分dddのみでなくダイナミ
クスペダル12の操作量に応じた信号dynaに基づく
成分cccを加味したものである。
urceをローパスフィルタLPF25に通して信号の
立上がり、立下がり等を滑らかにし、元信号sourc
eと共に重み付け回路26に供給し、和信号を形成する
ことによって包絡信号baseを発生する。
同様の構成を有し、入力する元信号sourceをロー
パスフィルタLPF35に通し、元信号sourceと
共に重み付け回路36に供給して和信号を形成し、包絡
信号baseを発生する。
信号に基づいてテーブル16より読み出された重み付け
係数がそれぞれ供給されている。本制御装置には、さら
に揺らぎ付加回路23、33、変調回路24、34も設
けられている。
おいて、人間のもつ自然な揺らぎに基づく微妙な振幅を
与えるための回路である。揺らぎ付加回路23には、ノ
イズ発生回路27およびバンドパスフィルタ28が含ま
れており、ノイズ発生回路27の発生するホワイトノイ
ズをバンドパスフィルタBPF28でフィルタすること
により、自然な揺らぎ信号が発生する。この揺らぎ信号
をアダAD1で包絡信号baseに加算することによ
り、揺らぎを付加した包絡信号flucが発生する。
む。矩形波発生回路29からの出力信号がマルチプライ
ヤML1に供給され、揺らぎを付加した包絡信号flu
cに変調をかけて最終的な息圧信号prを形成してい
る。
3と同様、ノイズ発生回路37、バンドパスフィルタB
PF38、アダAD2を含み、包絡形成回路32の供給
する包絡信号baseに揺らぎを付加した包絡信号fl
ucを発生する。
様、矩形波発生回路39およびマルチプライアML2を
含み、揺らぎ付加回路33の発生する揺らぎを付加した
包絡信号flucに変調をかけ、最終的なアンブシュア
信号emを発生する。
等をさらに設けることもできる。また、電子楽器にはさ
らに鍵盤18等の演奏操作子が設けられており、音高信
号、タッチ信号等を発生する。
って発生する信号波形の例を示す。鍵盤18の鍵が押鍵
され、楽音が発生する際の波形を示す。この際、音色ペ
ダル11は一定値を保ち、音色は変化させず押鍵に従っ
て音量を増大させる場合を示す。ダイナミクスペダル1
2も一定の深さに踏まれているものとする。
号KONに基づいて立上がり、一旦ピークを描いた後ほ
ぼ安定な状態に落着く。なお、安定値をとった後も自然
な揺らぎが与えられている。これに対し、アンブシュア
信号emは、発音前も一定の強度を有し、発音初期に一
定時間delayの間低い値となり、その後立上がりほ
ぼ安定な強度となる。安定な状態においても自然な揺ら
ぎが与えられていることは息圧信号prと同様である。
を上昇させると共にアンブシュア信号を減少させること
により、音色を一定に保ったまま音量を増大させること
ができる。押鍵を保ったまま、ダイナミクスペダル12
を踏み込んだ時も同様の動作が行われる。
が、音量を減少させる場合、音色を変化させる場合もそ
れぞれ単一の操作子を操作することにより、息圧信号p
rおよびアンブシュア信号emが相互に関連した形状で
変化する。
ードウエア構成を示す。演奏操作を行なう入力装置10
は、鍵盤18の他ペダル11、12およびジョイスティ
ク13を含む。鍵盤18は鍵を押鍵することにより音高
信号KC、イニシャルタッチ信号IT、アフタータッチ
信号AT等の情報を発生する。ペダル11は音色ton
eを制御するための操作子、ペダル12は音量等のダイ
ナミクスdynaを制御するための操作子、ジョイステ
ィック13はビブラートの音高pitを制御するための
操作子である。鍵盤18には、さらに種々の制御を行う
ためのパネル操作子19等が設けられている。
DI入出力インターフェース41を介してバス42に供
給される。バス42には、楽音信号形成プログラムを格
納するROM44、演算処理に用いるレジスタ等を格納
するRAM45、タイミング信号等を発生するタイマ4
7、ROM44に格納されたプログラムに従ってRAM
45のレジスタ等を用いて演算を実行するためのCPU
43が接続されている。
ンターフェース41からの割り込み信号線51、タイマ
47からの割り込み信号線52も接続されている。CP
U43は入力装置10からの楽音制御情報に基づき、物
理モデル音源を制御するための楽音制御信号をMIDI
信号として形成し、発生する。
ス42、MIDI入出力インターフーイス41を介して
音源システム48に供給される。この制御信号は、音高
を表わすキーコードKC、息圧pr、アンブシュアem
等を含む。音源システム48は、たとえば図19に示す
ような物理モデル音源を含む。音源システム48の出力
信号はサウンドシステム49に与えられて楽音を発生す
る。
スフィルタLPF25、35、バンドパスフィルタ2
8、38等を実現するためのフィルタ回路の例を示す。
図3において、入力信号はアダAD4を介して乗算器A
P1に入力され、Qの特性を乗算される。乗算器AP1
の出力信号は、アダAD5を介して乗算器AP2に供給
され、フィルタの中心周波数fを乗算される。乗算器A
P2の出力信号は、アダAD6の−端子に印加され、そ
の出力信号は遅延回路Z1を介してアダAD6の+端子
に帰還される。また、遅延回路Z1の出力信号は、アダ
AD4の他の入力端子にも帰還されている。
ルタの出力信号を形成すると共に乗算器AP3に入力さ
れ、フィルタの中心周波数fを乗算される。乗算器AP
3の出力信号は、アダAD7を介してローパスフィルタ
LPFの出力信号を形成すると共に遅延回路Z2を介し
てアダAD7の他の入力端子に帰還される。また、遅延
回路Z2の出力信号は、アダAD5の他の入力端子に帰
還されている。アダAD5の出力信号はハイパスフィル
タHPFの出力信号を構成する。
し口によりローパスフィルタLPFとして、ハイパスフ
ィルタHPFとして、またバンドパスフィルタBPFと
して用いることができる。また、フィルタ回路をハード
ウエア構成で示したが、この機能はデジタルフィルタと
して論理演算によって実現することもできる。
て、図1に示す各回路機能を実現するためのフローチャ
ートを説明する。図4は電子楽器全体のフローチャート
を示す。
プS1において、イニシャライズ処理が行われる。たと
えば、割り込み初期設定やテーブル初期化等が行われ
る。
タと入力ポインタが異なるか否かが判断される。MID
Iイベントが発生すると信号の前処理が行われ、後に述
べるように出力用リングバッファに1メッセージが書き
込まれる。この後入力ポインタは1進められる。このメ
ッセージを出力すると出力ポインタが1進められ、入力
ポインタと出力ポインタは等しくなる。従って、出力ポ
インタと入力ポインタが異なる時は、出力用リングバッ
ファにメッセージが書き込まれ未だ出力されていないこ
とを示している。
は、yesの矢印に従ってステップS3に進み、出力用
リングバッファに書き込まれた1メッセージをMIDI
OUT PORTに出力する。その後ステップS4に
おいて出力ポインタを1進め、ステップS2にリターン
する。なお、ステップS2において出力ポインタと入力
ポインタが等しい時は、noの矢印に従って再びステッ
プS2を行なう。
た時に行われるMIDI割り込み処理ルーチンを示す。
MIDI割り込み処理が生じると、ステップS6におい
てMIDIデータを音楽表情パラメータに変換する処理
midi()を行なう。その後、ステップS7に進み処
理はリターンする。
示す。タイマ割り込みが生じると、ステップS11にお
いて、カウント処理ルーチンcount()が行われ
る。続いて、ステップS12において、図1(A)の元
信号生成回路21、31において行われる元信号作成ル
ーチンsoce gen()が行われる。
(A)の包絡形成回路22、32において行われる包絡
形成ルーチンe gen()が行われる。次に、ステッ
プS14において、図1(A)の揺らぎ付加回路23、
33において行われる揺らぎ付加ルーチンfluc g
en()が行われる。
(A)の変調回路24、34に行われる変調ルーチンm
odulat()が行われる。これらの処理を行なう
と、図1(A)に示すように、息圧信号pr、アンブシ
ュア信号em等の音源回路制御用パラメータが発生して
いる。
ングバッファにこのようにして形成した音源回路制御用
パラメータ等の1メッセージを書き込む。さらにステッ
プS17において入力ポインタを1進め、次のステップ
S18においてリターンする。
ッファに書き込まれたメッセージは、前述のようにステ
ップS3においてMIDI OUT PORTに出力さ
れる。
てさらに詳細に説明する。図5は、図4(C)のステッ
プS11に示すカウント処理ルーチンを詳細に示す。な
お、この処理において用いられる入力パラメータはキー
オンされている鍵の数を示すキーオンカウントkonc
ntであり、出力パラメータはある鍵がキーオンされて
からの時間を示すアタックカウントatkcntであ
る。
想定するため、koncntは1か0とする。また処理
において、atkcntの最大値を規定するパラメータ
として、atkcntmaxが用いられる。これは、た
とえば10msecごとにカウントが行われるとしてa
tkcntを約1秒程度で制限するための処理に用いら
れる。
おいてkoncntが正か否かを判定し、押鍵が存在す
るか否かを判定する。押鍵がある場合、yesの矢印に
従ってステップS22に進み、キーオン後の時間経過を
示すレジスタatkcntをインクリメントする。ko
ncntが0の場合は、押鍵が存在せず、noの矢印に
従ってステップS23に進み、レジスタatkcntに
0をセットする。
(カウンタ)atkcntの数が最大値atkcntm
axを越えたか否かが判定される。最大値を越えた時
は、yesの矢印に従ってステップS25に進み、カウ
ンタatkcntに最大値atkcntmaxをセット
する。最大値を越えていない時はnoの矢印に従ってス
テップS25をバイパスする。その後ステップS26で
リターンする。
タイマ割り込みが行われるたびに行われるため、鍵を押
し続けている限りカウンタatkcntの数は増大し、
最大値に達した時にその値に固定される。カウンタat
kcntは、たとえばキーオン後アンブシュアemをい
ったん下げ、所定時間経過後に再び上げるような制御に
用いられる。
t7(x)を示す。なお、xはこの関数の入力値であ
る。処理がスタートすると、ステップS31において、
入力値xが負か否かを判定する。入力xが負であれば、
yesの矢印に従ってステップS32に進み、xに0を
セットする。xが負でなければ、ステップS32をバイ
パスする。
進法の7fよりも大きいか否かを判定する。なお、16
進法の7fは127であり、2進法の7ビットに相当す
る。xがOx7fよりも大きい時は、yesの矢印に従
ってステップS34に進み、xにOx7fをセットす
る。xがOx7fよりも大きくない時は、ステップS3
4はバイパスする。
おいて出力値とする。その後ステップS36において処
理はリターンする。このようにして、入力値xは負であ
れば0にセットされ、0から127までの数であればそ
のまま用いられ、127を越える時は127にセットさ
れる。
す。なお、a、bはこの関数の入力値である。処理がス
タートすると、ステップS37において、a>bか否か
を判定する。aがbより大きければ、yesの矢印に従
ってステップS38に進み、aを出力値とする。
ップS39に進み、bを出力値とする。その後ステップ
S40で処理はリターンする。このようにして、2つの
入力a、bの内、aが大きければaを出力とし、そうで
なければbを出力とする。
明する元信号生成ルーチンにおいて用いられる。図8
は、図1(A)の元信号生成回路21、31において行
われる元信号生成処理soce gen()を示す。こ
の処理において、入力パラメータは押鍵数を表わすko
ncntであり、出力パラメータはsourceであ
る。sourceは、1から127までの数値を取る。
また、内部ローカルパラメータとしてa1、a2、b
1、b2が用いられる。これらの内部ローカルパラメー
タはこのルーチンを通るたびに0に初期化される。
てダイナミクスを表わす信号dyna、音色を表わす信
号toneが用いられ、さらに、アタック時のアンブシ
ュア立上がり遅延を示すc atk delay、しゃ
くり時のアンブシュアの遅延を示すc shk del
ay、アッタク時のアンブシュアの下がりの程度を示す
c atk inival、しゃくり時のアンブシュア
の下がりの程度を示すc shk inival、キー
オン後の時間を表わすatkcntが用いられる。
なダイナミクスdynaの変化に対する息圧成分aaa
の変化を示すテーブル、ダイナミクスdynaの変化に
対するアンブシュアの変化を示す成分ccc、音色to
neの変化に対する息圧成分bbbを示すテーブル、音
色toneの変化に対するアンブシュア成分dddを示
すテーブルが用いられる。
が息圧prに遅れて立上がる場合を示したが、本処理に
おいては息圧prがアンブシュアemに遅れて立上がる
場合も想定している。アタック時の遅延を示すパラメー
タc atk delayは息圧が遅れる時正の値、ア
ンブシュアが遅れる時負の値とする。
において、押鍵数を示すカウンタkoncntが正か否
かが判定される。押鍵が存在し、koncntが正の時
は、yesの矢印に従ってステップG2に進み、アタッ
ク時の遅延c atk delayが正か否かが判定さ
れる。
ば、yesの矢印に従ってステップG3に進み、キーオ
ン後の時間を表わすatkcntの値が設定された遅延
時間を表わすc atk delayの絶対値よりも小
さいか否かが判定される。キーオン後の時間atkcn
tが未だ設定された遅延時間に達しない時は、yesの
矢印に従ってステップG4に進み、内部パラメータa1
に設定された息圧の下がりの値c atk iniva
lをセットする。
定値に達した時は、noの矢印に従ってステップG5に
進み、内部ローカルパラメータa1に0をセットする。
すなわち、一定時間経過後は息圧の下りを示す内部ロー
カルパラメータa1は0となる。
アタック時の遅延c atk delayが0または負
の時は、noの矢印に従ってステップG6に進み、ステ
ップG3同様キーオン後の時間を示すatkcntが設
定された遅延時間c atk delayの絶対値よりも
小さいか否かが判定される。キーオン後の時間atkc
ntが設定値よりも小さい時は、yesの矢印に従って
ステップG7に進み、内部ローカルパラメータa2に設
定されたアンブシュアの下がりの値c atk ini
valをセットする。
達した時は、noの矢印に従ってステップG8に進み、
内部ローカルパラメータa2に0をセットする。すなわ
ち、アンブシュアの立上がりが息圧の立上がりよりも遅
い場合も、息圧の立上がりがアンブシュアの立上がりよ
り遅い場合と同様の処理が行われる。
て、ステップG9が行われる。ステップG9において
は、サキソフォン等において2つの音を切らずにかつア
ンブシュアを用いて分けて発音するいわゆるしゃくりの
処理が行われる。
ための遅延時間c shk delayが正か否かが判
定される。正であればyesの矢印に従ってステップG
10に進み、キーオン後の時間を示すatkcntの値
が設定されたc shk delayの絶対値よりも小
さいか否かが判定される。値が小さければ、yesの矢
印に従ってステップG11に進み、内部ローカルパラメ
ータb1に設定されたc shk inivalをセッ
トする。
よりも小さくなくなった時は、noの矢印に従ってステ
ップG12に進み、内部ローカルパラメータb1に0を
セットする。なお、ステップG10、G11、G12の
処理は、用いるパラメータの種類は異なるが、ステップ
G3、G4、G5で行われる処理と同様である。
間が正でない時は、noの矢印に従ってステップG13
に進み、キーオン後の時間と設定された遅延時間の大小
関係に基づき、ステップG14およびG15が行われ
る。
は、ステップG6、G7、G8と同様であり、内部ロー
カルパラメータb2に設定されたアンブシュアの下がり
がセットされる。
て、それぞれダイナミクスdynaおよび音色tone
に依存して定まる息圧データ、アンブシュアデータが求
められる。
(A)に示す相関テーブル14がダイナミクス信号dy
naおよび音色信号toneに基づいてどのような信号
を発生するかを図9を参照して説明する。
ダイナミクス信号dynaが入力すると、上段に示すよ
うに2つの信号aaaおよびcccが発生する。aaa
は息圧成分であり、cccはアンブシュア成分である。
このように、ダイナミクスの変化によって、息圧aaa
およびアンブシュアcccが相関して変化する。
(A)下段のグラフに示すように、相関テーブルは2つ
の信号bbbおよびdddを発生する。bbbは息圧成
分であり、dddはアンブシュア成分である。このよう
に、音色が変化した時も、息圧成分bbbおよびアンブ
シュア成分dddが相関して変化する。
に基づいて発生する入力信号dyna、toneに基づ
いて、相関テーブルからそれらに応じた信号aaa[d
yna]、ccc[dyna]およびbbb[ton
e]、ddd[tone]が発生する。
を0にするために、平均値bbb[MID]、ddd
[MID]が用いられる。また、上述の処理によって得
た内部ローカルパラメータa1、b1、a2、b2を最
大値関数で処理したmax(a1、b1)およびmax
(a2、b2)が用意される。これらの値に基づき、息
圧信号として c level[0]=lmt7(aaa[dyna] +bbb[tone]−bbb[MID] −max(a1、b1)) を形成し、また、アンブシュア信号として c level[1]=lmt7(ccc[dyna] +ddd[tone]−ddd[MID] −max(a2、b2)) が形成される。
ら得られた2つの信号aaa[dyna]とbbb[t
one]が加算され、レベルシフトされた後、a1、b
1の大きい方が減算される。また、アンブシュア信号と
して相関テーブルから得られたccc[dyna]とd
dd[tone]が加算され、レベルシフトされた後、
a2とb2の大きい方が減算される。なお、これらの値
は、7ビットリミット関数lmt7によってアンダフロ
ーさせないように調整されている。
ない場合は、ステップG17においてデフォルトレベル
の設定が行われる。すなわち、息圧prを表わすc l
evel[0]として0が設定され、アンブシュアem
を表わすc level[1]としてccc[0]が設
定される。なお、ccc[0]は、外部入力がなくても
設定されるアンブシュアの初期値を示す。
して得られたデータをパラメータsource[]にコ
ピーする。このようにして、図1(A)に示す元信号生
成回路21、31の出力信号sourceが得られる。
次に、ステップG19において処理はリターンする。
合成波形の時間変化をアンブシュアの立上りが遅れる場
合で示す。息圧信号prは、キーオンKONと同時に立
上がり、一定の値を取る矩形波となる。
KONがされると初期値から一旦所定値下がり、所定の
遅延時間後再び元の値に戻る。図1(A)において、元
信号生成回路21、31が上述の処理によって発生した
元信号sourceは、包絡形成回路22、32に供給
され、包絡が付与される。
処理においては、入力パラメータとして元信号生成回路
が発生するsource[]が用いられ、出力パラメー
タとして包絡を付与したエンベロープbase e
g[]を発生する。また、処理に用いるパラメータとし
て、キーオン後の時間を示すatkcnt、フィルタの
Q値を示すc qq[no]、フィルタの中心周波数を
示すfcoef[no]等が用いられ、またグローバル
なスタティック変数としてhpf[no]、lpf[n
o]、bpf[no]が用いられる。また、フィルタへ
の入力値はin、系列番号はnoで示される。
おいて、キーオン後の時間を示すatkcntが設定さ
れた最大値atkcntmaxよりも小さいか否かが判
定される。設定値よりも小さい時は、yesの矢印に従
ってステップG22に進み、基本エンベロープEG波形
をフィルタにより作成する。すなわち、入力パラメータ
source[]を入力としてデジタル係数フィルタ処
理tak dcf2 1()が行われる。
ntが設定値に達している時は、noの矢印に従ってス
テップG24に進み、入力信号をそのまま出力する。す
なわち、出力信号base eg[]は、入力信号so
urce[]と同一となる。
み付け計算が行われる。先ず、キーオン後の時間を示す
atkcntによってテーブル16から重み付け係数 wt=weight[atkcnt]およびその補数 iwt=127−wtが発生する。これらの重み付け係
数は、包絡形成回路22、32内で一旦フィルタ処理さ
れた包絡エンベロープbase eg[]と元々の入力
信号sourceとの重み付け和計算に用いられる。す
なわち、各系列において、 base eg[]=((wt*source[] +iwt*base eg[]) が形成される。得られた和は7ビット右シフトをしてそ
のビット位置を調整される。
ターンする。図11は、図10に示すステップG22で
行われるフィルタ処理の関数を示す。
スタートすると、ステップG26においてハイパスフィ
ルタの出力hpf値の更新が行われる。 hpf[no]←(in+bpf[no])×c qq[no] +lpf[no] すなわち、バンドパスフィルタの出力と入力信号とが加
算され、Q値が乗算され、その積にローパスフィルタの
出力が加算されてハイパスフィルタの出力を形成する。
ィルタの出力bpf値の更新が行われる。 bpf[no]←bpf[no]−hpf[no]×fcoef[no] すなわち、ハイパスフィルタの出力に中心周波数が乗算
され、その積がバンドパスフィルタの出力から減算され
る。このようにしてバンドパスフィルタの出力bpfが
更新される。
ルタの出力lpf値の更新が行われる。 lpf[no]←lpf[no]+bpf[no])fcoef[no] すなわち、バンドパスフィルタの出力にフィルタの中心
周波数が乗算され、さらにローパスフィルタの出力が加
算されてローパスフィルタの新たな出力を形成する。
ドパスフィルタ、ローパスフィルタの値がそれぞれ作成
される。ステップG29においては、包絡形成ルーチン
で用いられるフィルタは、ローパスフィルタLPFであ
るため、ローパスフィルタの出力lpfの出力符号を反
転し、レベルを補正した後その値−lpf[no]/c
qq[no]を出力する。その後ステップG30で処
理はリターンする。
て、急激な変化を示す入力信号は、緩やかな変化に調整
される。図12は、揺らぎ付加ルーチンfluc ge
n()を示す。この処理においては、入力パラメータと
して包絡形成回路の発生するエンベロープbase e
g[]が用いられ、出力パラメータとして揺らぎを付加
したエンベロープfluc eg[]を発生する。
示すc n qq[no]、フィルタの中心周波数を示
すfcoefb[no]、ノイズを付加するレベルを示
すc n lev[]が用いられる。また、ランダム値を
出力するランダム関数としてrand()が用いられ、
0〜Ox7fffを発生する。また、関数内部のローカ
ル変数としてnoise1、noise2が用いられ
る。
いて、ランダムデータが作成される。すなわち、ランダ
ム関数rand()の値をレジスタnoiseに格納す
る。 noise1=rand()、noise2=rand() 次に、ステップF2において設定したノイズをフィルタ
処理する。すなわち、ステップF1で得たnoise1
およびnoise2を入力信号とし、フィルタ関数ta
k dcf2 bの演算を行なう。
シフトされる。
ズを付加する。この際、元のデータbase eg[]
とステップF2で形成したノイズ関数noiseとの比
率を、パラメータc n lev[]で設定する。すな
わち、 fluc eg[0]=base eg[0] +(noise1*c n lev[]) が演算され、ビット位置を調整するために7ビット右シ
フトされる。noise2についても同様にfluc
eg[1]が形成される。
たエンベロープfluc eg[0]、fluc eg
[1]が形成される。その後、ステップF4で処理はリ
ターンする。
行われるフィルタ関数の処理ルーチンを示す。処理がス
タートすると、ステップF11においてハイパスフィル
タの出力hpfbが更新され、ステップF12において
バンドパスフィルタの出力bpfbが更新され、ステッ
プF13においてローパスフィルタの出力lpfbが更
新される。これらの演算は、図11のステップG26、
27、28と同様のものである。
スフィルタの出力bpfbの値を符号反転し、レベルを
補正した後出力する。すなわち、−bpfb[no]/
c n qq[no]を出力として供給する。その後、ス
テップF15で処理はリターンする。
ロープに揺らぎを付与し、人間らしい楽音発生を可能と
する。図14は、さらに変調を行なう時の変調ルーチン
modulat()を示す。この処理においては、入力
パラメータとして揺らぎを付加されたエンベロープであ
るfluc eg[]が用いられ、出力パラメータとし
て変調したエンベロープeg out[]を出力する。
また、パラメータとして矩形変調関数の周波数を示すc
m freq、変調関数のデューティを示すc m
duty、変調関数のオンとオフの間のレベル差(すな
わち深さ)を示すc m dep[]が用いられる。ま
た、ローカル変数としてハイレベルに相当するカウント
数を示すd1、ローレベルに相当するカウント数を示す
d2、モジュレーションカウンタのカウント数を示すm
odcnt、変調関数がハイ(high)であるかロー
(low)であるかの状態を示すstsが用いられる。
いて、モジュレーションカウンタをインクリメントす
る。次に、ステップM2において、変調関数の周波数c
m freqとデューティc m dutyからハイ
レベルに相当するカウント数d1およびローレベルに相
当するカウント数d2を算出する。
ts=1)であるか否かを判断する。
印に従ってステップM4に進み、モジュレションカウン
タのカウント値modcntがd1を越えたか否かを判
断する。
は、yesの矢印に従ってステップM5に進み現在の状
態を変更する。すなわち、変調関数の状態を表わすフラ
グstsを0とし、モジュレーションカウンタmodc
ntの値を0にセットする。なお、ステップM4におい
てモジュレションカウンタのカウント値modcntが
d1を越えていない間はステップM5はバイパスする。
depthを決定する。ステップM6においては、変調
関数がハイ状態であり、sts=1のため現在の値と同
じ値を出力するようにする。
なわち0の時)noの矢印に従ってステップM7に進
む。ステップM7においては、モジュレションカウンタ
のカウント値modcntがd2より大きくなったか否
かを判断する。modcntがd2よりも大きい時は、
yesの矢印に従ってステップM8に進み、現在の状態
を変更する。すなわち、フラグstsを1にセットし、
モジューションカウンタmodcntに0をセットす
る。
ンカウンタのカウント値modcntがd2より大きく
ない時は、noの矢印に従ってステップM8はバイパス
する。
の決定を行なう。この場合、フラグstsが0のため、
入力信号をc m dep[]だけ下に下ろす。 depth0=(127−c m dep[])、 depth1=(127−c m dep[1])、 ステップM6、M9でdepthを決定した後、ステッ
プM10に進み最終的な出力を計算する。すなわち、 eg out[0]=lmt7((fluc eg[0]*depth0) >>7) eg out[1]=lmt7((fluc eg[1]*depth1) >>7) すなわち、揺らぎを付加された入力エンベロープflu
c egにdepthを乗算し、変調した信号レベルを
得る。なお、レベル調整のため積は7ビット右シフトさ
れる。また、アンダーフローを防止するため、出力信号
はビットリミット関数により制限されている。その後、
ステップM11において処理はリターンする。
割り込みルーチンの例を示す。処理がスタートすると、
ステップM21においてステータスが押鍵を示すkey
onであるか否かを判断する。押鍵であればyesの矢
印に従ってステップM22に進み、押鍵数を表わすko
ncntをインクリメントする。続いてステップM23
においてリングバッファにキーオンメッセージを書込み
入力ポインタを1進める。
eyonでないときは、noの矢印に従ってステップM
22、M23はバイパスする。次に、ステップM24に
おいて、ステータスが離鍵を表わすkeyoffである
か否かを判断する。離鍵であれば、yesの矢印に従っ
てステップM25に進み、押鍵数を表わすkoncnt
をデクリメントする。さらに、安全のためkoncnt
の値をリミット関数lmt7で処理し、その値をkon
cntにセットする。続いて、ステップM26におい
て、リングバッファにキーオフメッセージを書き込み入
力ポインタを1進める。
た後、ペダルその他の操作を検出する。ステップM27
においては、ステータスがダイナミクスを示すdyna
であるか否かを判断する。ダイナミクスであれば、ye
sの矢印に従ってステップM28に進み、ダイナミクス
として入力された値をレジスタdynaにセットする。
ステップM27においてステータスがダイナミクスでな
い時は、noの矢印に従ってステップM28はバイパス
する。
スが音色を示すtoneであるか否かを判断する。音色
であれば、yesの矢印に従ってステップM30に進
み、音色として入力したデータをレジスタtoneにセ
ットする。ステップM29においてステータスが音色で
ない時は、noの矢印に従ってステップM30はバイパ
スする。
は、ダイナミクスと音色を2つのペダルを用いて入力し
たが、これらのパラメータを他の操作情報に基づいて設
定してもよい。たとえば、鍵盤における押鍵のアフター
タッチ、ジョイスチックによる入力等を用いることもで
きる。また、ペダル類の数も制限されない。
す。ステップM31においては、ステータスがしゃくり
のスピードを示すsh spdであるか否かを判断す
る。sh spdであれば、yesの矢印に従ってステ
ップM32に進み、入力値をレジスタsh spdにセ
ットする。続いてステップM33において、しゃくりの
スピードとデプスを合せて演算する。なお、ステップM
31においてステータスがsh spdでない時は、n
oの矢印に従ってステップM32、M33はバイパスす
る。
しゃくりの深さを示すsh depであるか否かを判断
する。sh depである時は、yesの矢印に従って
ステップM35に進み、入力値をレジスタsh dep
にセットする。続いてステップM36において、しゃく
りのスピードとデプスを統合して演算する。
h depでない時は、noの矢印に従ってステップM
35、M36はバイパスする。ステップM37において
は、ステータスがアタックattackであるか否かを
判断する。attackであれば、yesの矢印に従っ
てステップM38に進み、入力値をテーブル処理したt
bl[入力値]をレジスタattackにセットする。
続いて、ステップM39において、タッチデータを総合
演算する。
ttackでない時は、ステップM38、M39はバイ
パスする。その後ステップM40でリターンする。な
お、入力信号のいくつかの例を挙げて説明したが、入力
信号の種類をさらに増やすことも、一部を省略すること
もできる。
の複数のパラメータのそれぞれを音楽表情を指定する入
力値に従って制御する場合を説明したが、物理モデル音
源は管楽器の楽音を発生するものに限らない。たとえ
ば、擦弦楽器の楽音を発生する物理モデル音源の場合
は、弓速、弓圧等の物理モデル音源のパラメータを音
量、音色等の音楽表情のパラメータによって相関して制
御することができる。また、物理モデル音源も図17に
示す形式のものに限らない。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
複数のパラメータが演奏者の所望する各音楽表情パラメ
ータに従って相関して制御されるため、各音楽表情を独
立に制御することが可能となる。
ドウエア構成を示す。
ルタ回路の例を示す。
る。
る。
る。
る。
関数のフローチャートである。
ーチャートである。
ーチャートである。
イスティク; 14相関テーブル; 16 テーブル;
18 鍵盤; 19 パネル操作子; 21、31
元信号生成回路; 22、32 包絡形成回路; 2
3、33 揺らぎ付加回路; 24、34 変調回路;
25、35 ローパスフィルタ; 28、38 バン
ドパスフィルタ; 27、37 ノイズ発生回路; 2
9、39矩形発生回路; 41 インターフェイス;
42 バス; 43 CPU;44 ROM; 45
RAM; 47 タイマ; 48 音源システム;49
サウンドシステム; 51、52 割り込み信号線
Claims (1)
- 【請求項1】 自然楽器の奏法に対応する複数のパラメ
ータに基づき楽音信号を形成することにより自然楽器を
モデリングする物理モデル音源を用いた電子楽器用音源
の制御装置であって、 演奏者の操作に応じて、前記複数のパラメータとは異な
る、楽音の異なる特性を制御するための信号をそれぞれ
発生するための複数の操作子(11、12)と、 前記複数の操作子からの複数の信号に基づき、時間変化
する複数の時変動信号を発生し、前記発生した複数の時
変動信号の特性を制御して前記複数のパラメータとして
出力する制御出力手段(14、21〜24、31〜3
4)とを有する電子楽器用音源の制御装置。
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- 1991-12-13 JP JP35229091A patent/JP3160981B2/ja not_active Expired - Fee Related
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