JP3453041B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、楽音合成装置に関
し、特に、ピアノ音やギター音等、非調和性を有する楽
音を発生するのに好適な楽音合成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に楽音の波形は、複数の正弦波の重
ね合わせによって構成されている。これらの正弦波は、
互いにその周波数が整数倍の関係になっているので、倍
音とよばれている。特に、周波数が最も低い倍音を基本
波といい、その周波数を基本周波数という。他の倍音の
周波数は、基本周波数の整数倍になっている。倍音相互
間の相対レベル関係を倍音構造といい、この倍音構造の
違いによって楽音の音色が決定される。

【０００３】電子楽器において、倍音の周波数で複数の
正弦波を発生し、これらを重ね合わせることによって楽
音を合成することが知られている。正弦波加算方式とい
われる楽音合成方法である。この方式では、音高に対す
る基本周波数を周波数テーブルとしてメモリに記憶し、
このテーブルから基本周波数を読み出す。そして、基本
周波数を整数倍することによって基本周波数以外の各倍
音の周波数を求め、これらを合成して所望の楽音を得
る。音高に対する基本周波数はどの楽音でも共通なの
で、前記周波数テーブルを記憶させるメモリの記憶容量
は少なくてすむ。この正弦波加算方式によれば、自然楽
音と同じ倍音構造を持つ音を発生できるので、自然楽器
に近い楽音を発生することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記正弦波加算方式を
用いる楽音合成装置では、次のような問題点がある。自
然楽器の一部には、例えばピアノやギター等の楽音のよ
うに、倍音の周波数が整数倍ではなく、わずかにずれて
いるものがある。これらの楽音は、倍音の周波数が、基
本周波数の整数倍に対し、わずかに高くなっている。こ
のずれは倍音の次数が高くなるほど大きくなっている。
このような楽音の性質を非調和性という。非調和性の程
度は、楽器によって異なっており、また、同じ楽器でも
低音と高音とで異なっている。

【０００５】一例としてピアノの楽音の非調和性を説明
する。非調和性は、第ｎ倍音の周波数ｆnの、基本周波
数ｆ0（弾性のない理想的な弦の基本周波数）の整数倍
からのずれδｎ（セント値）で表すことができ、次式
（１）によって求められる。

【０００６】 δn＝１２００ｌｏｇ２（ｆn／ｎｆ0）……（１） 式（１）に従って求めたピアノ音の非調和性を図９に示
す。同図において、低音、中音および高音の非調和性
を、それぞれ曲線Ｌ，Ｍ，Ｈにより倍音次数に対応させ
て示す。非調和性はセント値（ｃｅｎｔ）で示す。この
図のように、高音になる程、整数倍された周波数からの
ずれが大きくなることが分る。なお、ピアノ音の非調和
性については、電子情報通信学会誌「信学技報ＥＡ９３
−２８（１９９３−０７）」第９頁〜第１５頁に一例が
記載されている。

【０００７】このような非調和性を有する楽器の楽音を
正弦波加算方式で発生させようとすると、倍音毎の周波
数テーブルが必要となるし、基本波以外の倍音の周波数
は、楽器毎に異なるので、発生させようとする楽器の数
だけの周波数テーブルの組が必要となる。したがって、
これら多数の周波数テーブルを記憶するために大記憶容
量のメモリが必要となり、装置の複雑化、大型化、高価
格化を招くという問題点があった。

【０００８】非調和性を持った楽音を発生させる装置の
一例が特開平７−１２１１８３号公報に記載されてい
る。この装置では、遅延手段とオールパスフィルタとか
らなる閉ループにおいて、総遅延時間に対するオールパ
スフィルタの遅延時間の比を非調和度と定義するととも
に、音高の変化にかかわらず前記非調和度を一定に制御
するように構成している。遅延手段の遅延時間は音高情
報に応じて設定されるとともに、オールパスフィルタの
係数は音高情報と非調和度情報とに基づいて設定され
る。この装置においては、音高に応じたオールパスフィ
ルタの係数（群）を音色毎のテーブルとして具備する必
要があり、メモリの小容量化は達成されない。

【０００９】また、特開平７−１９９９３６号公報に記
載された楽音合成装置では、楽音に相当する第１の波形
に、非整数次成分が増幅された第２の波形を合成するこ
とで、非調和感のある音を合成するようにしている。し
かし、この楽音合成装置では、音高や音色に応じて非調
和性を変化させることができないという問題点がある。

【００１０】本発明は、上記問題点を解消し、メモリ容
量を大きくすることなく、音高、音色、タッチ等に応じ
て非調和性を変化させられる楽音合成装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、楽音の音高情報を入力と
し、該音高情報に対応して予め設定されている非調和係
数を出力とする非調和係数発生手段と、前記非調和係数
発生手段から出力された非調和係数および基本周波数を
使用して各倍音周波数を演算する倍音周波数発生手段
と、前記各倍音周波数に基づいて楽音を発生する倍音発
生手段と、タッチ情報を入力とし、該タッチ情報に対応
して予め設定された非調和タッチ係数を出力とする非調
和タッチ係数発生手段と、前記非調和係数に前記非調和
タッチ係数を乗算する乗算手段とを具備し、前記乗算手
段で非調和タッチ係数が乗算された非調和係数を前記倍
音周波数発生手段に供給するように構成した点に第１の
特徴がある。

【００１２】

【００１３】また、本発明は、前記非調和係数発生手段
が、音色毎に設定された複数の非調和係数テーブルを含
み、音色情報に基づいて前記非調和係数テーブルの１つ
を選択する非調和係数テーブル選択手段をさらに具備し
た点に第２の特徴がある。

【００１４】さらに、本発明は、前記非調和タッチ係数
発生手段が、音色または音域ごとに設定された複数の非
調和タッチ係数テーブルを含み、音域または音域情報に
基づいて前記非調和タッチ係数テーブルの１つを選択す
る非調和タッチ係数テーブル選択手段をさらに具備した
点に第３の特徴がある。

【００１５】第１ないし第３の特徴によれば、楽音の音
高に対応して予め設定した非調和係数を使用して演算さ
れた各倍音周波数に基づいて楽音が発生される。第２の
特徴によれば、発生される楽音の音色に対応する非調和
係数が前記各倍音周波数の演算に使用される。また、第
１ないし第３の特徴によれば、タッチ情報に基づいて選
択された非調和タッチ係数によって前記非調和係数が修
正される。特に第３の特徴によれば、発生される楽音の
音色や音域に基づき、使用される非調和タッチ係数を選
択することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る楽音
合成装置を含む電子楽器の構成を示すブロック図であ
る。同図において、鍵盤部１は複数のキーを有し、該複
数のキーの押鍵および離鍵状態はキーに対応して設けら
れた複数のセンサ２で検出される。センサ２はバス３に
接続されていて、該センサ２で検出されたキーコードや
タッチの情報はバス３を介してＣＰＵ４に入力される。
ＣＰＵ４には、電源スイッチ、音色選択スイッチ、音量
スイッチ等、種々のスイッチ類を有する操作パネル５、
およびダンパ効果やソフト効果を与えるためのペダル６
が接続されている。さらに、ＣＰＵ４には、ＭＩＤＩイ
ンタフェース７を介して外部機器を接続することができ
る。ＲＯＭ８は、ＣＰＵ４で実行されるプログラムを格
納するプログラムメモリ８ａや、音色データを格納する
ための音色データメモリ８ｂとして使用される。ＲＡＭ
９はレジスタやフラグ等の変化データを記憶するために
設けられる。

【００１７】ＣＰＵ４は鍵盤１、操作パネル５、および
ペダル６から入力された信号に従い、ＲＯＭ８やＲＡＭ
９に記憶されたプログラムやデータを使用して処理を行
い、その処理結果による指示を楽音発生部１０に供給す
る。楽音発生部１０はＣＰＵ４の指示に基づいて楽音信
号を合成し、該楽音信号はＤ／Ａ変換器１１でアナログ
データに変換された後、サウンドシステム１２に供給さ
れ、該サウンドシステム１２から所望の楽音が発生され
る。

【００１８】次に、本実施形態に係る楽音発生装置の要
部機能をブロック図を参照して説明する。図１におい
て、前記ＲＯＭ８に設定された非調和係数発生手段とし
ての非調和テーブル群１３には、音色毎の非調和テーブ
ル１３−１，１３−２，…１３−Ｎが格納されている。
非調和テーブル１３−１〜１３−Ｎには、図６にその一
例を示すように、非調和係数Ｋと鍵盤番号すなわち音高
情報との対応関係が設定されている。非調和係数Ｋは後
述する非調和タッチ係数ｋで修正されて倍音周波数の演
算に用いられる。

【００１９】非調和テーブル選択情報発生部１４は、前
記操作パネル５から入力された音色情報に基づいて前記
複数の非調和テーブルから１つを選択するための選択情
報を発生する。この非調和テーブル選択情報発生部１４
は、音色情報を非調和テーブルのアドレスに変換する機
能を有する。選択情報によって選択された非調和テーブ
ルには、前記センサ２による音高情報がアドレスとして
入力され、該アドレスに対応した非調和係数Ｋが読み出
される。

【００２０】一方、非調和タッチ係数テーブル１５に
は、図７にその一例を示すように、非調和タッチ係数ｋ
とタッチ情報としてのタッチベロシティとの対応関係が
設定されている。タッチベロシティはセンサ２の検出信
号に基づいてＣＰＵ４で算出される。タッチベロシティ
検出のためのセンサ２の構成やタッチベロシティの算出
方法は周知技術であるため詳細な説明は省略する。非調
和タッチ係数テーブル１５は、前記ＲＯＭ８に格納さ
れ、タッチベロシティに従って非調和タッチ係数ｋを出
力する。

【００２１】前記非調和係数Ｋと非調和タッチ係数ｋと
は乗算部１６で乗算され、タッチベロシティに応じて修
正された非調和係数Ｋ´が求められる。非調和係数Ｋ´
は倍音周波数発生部１７に入力される。倍音周波数発生
部１７は、発生すべき楽音の基本周波数ｆ０と非調和係
数Ｋ´に基づいて各倍音の周波数を演算し、倍音発生部
１８へ送出する。倍音発生部１８は、入力された周波数
の倍音を発生する。

【００２２】各倍音の周波数は次式（２）に従って演算
される。

【００２３】ｆn＝ｎｆ0（１＋Ｋ´ｎ² ）^1/2 …（２） なお、式（２）の演算を簡略化して演算回路の規模を小
さくするため、次の近似式（３）を使用することができ
る。

【００２４】ｆn＝ｎｆ0＋Ｋ´ａｎ³ …（３） 非調和係数Ｋ´ａは近似式（３）のためのものであり、
式（２）の非調和係数Ｋ´とは異なる値である。

【００２５】式（２），（３）を使用して求められた倍
音周波数ｆｎによる各倍音の非調和性を図８に示す。同
図において、ピアノ音の低音、中音、高音における非調
和性を、それぞれ曲線Ｌ，Ｍ，Ｈにより、倍音次数に対
応させて示す。実線は式（２）による倍音周波数を使用
して求めた非調和性、丸印のプロットは式（３）による
倍音周波数を使用して求めた非調和性である。この図か
ら理解されるように、式（３）による倍音周波数を使用
しても、式（２）による倍音周波数を使用したものと近
似した非調和性を得ることができる。

【００２６】次に、上述の機能に基づく楽音合成装置の
動作をフローチャートを参照して説明する。図３はメイ
ンルーチンのフローチャートである。電源が投入された
後、ステップＳ１では、ＣＰＵ４、ＲＡＭ９、楽音発生
部１０を構成するＬＳＩ等を初期化する。ステップＳ
２，ステップＳ３，ステップＳ４では、それぞれパネル
イベント処理、ペダルイベント処理、鍵盤イベント処理
を行う。ステップＳ５ではその他の処理を行う。パネル
イベント処理および鍵盤イベント処理は後述するが、本
願発明に直接関係のないペダルイベント処理およびその
他の処理は説明を省略する。

【００２７】まず、図４のフローチャートを参照してパ
ネルイベント処理を説明する。同図において、ステップ
Ｓ２０では、音色選択スイッチがオン操作されたか否か
を判別する。音色選択スイッチがオン操作されたならば
ステップＳ２１に進み、音色選択処理を行う。音色選択
処理では、選択された音色を示すフラグをセットした
り、選択された音色に対応する表示ランプ（ＬＥＤ等）
を点灯したりする。表示ランプは前記操作パネル５に設
けることができる。ステップＳ２２では、音色選択スイ
ッチから入力された音色情報に基づいて非調和テーブル
１３−１〜１３−ｎのうちの１つを選択する。

【００２８】また、ステップＳ２０で音色選択スイッチ
がオン操作されていないと判断された場合は、ステップ
Ｓ２３に進んで音量スイッチがオン操作されたか否かを
判別する。音量スイッチがオン操作されたならばステッ
プＳ２４に進み、音量設定処理を行う。音量設定処理で
は、音量スイッチのオン操作に従って音量を設定する。
例えば、音量スイッチの１回のオン操作による音量変化
量を予め設定しておき、この音量変化量の分だけ設定音
量を変化させる。

【００２９】さらに、ステップＳ２３で音量スイッチが
オン操作されていないと判断された場合は、ステップＳ
２５に進み、その他のスイッチがオン操作されているか
否かを判断し、その結果が肯定ならば、ステップＳ２６
において、その他のスイッチに対応した予定の処理を行
う。また、スイッチ類のすべてがオン操作されていない
場合は、そのまま、このフローチャートの処理を終え、
メインルーチンへ戻る。 続いて、図５のフローチャー
トを参照して鍵盤イベント処理を説明する。同図におい
て、ステップＳ４０では、鍵盤１のキーがオン操作され
たか、つまりオンイベントか否かを判断する。オンイベ
ントならばステップＳ４１に進み、オン操作されたキー
コードに基づく音高情報に対応する非調和係数Ｋを読み
出す。ここでは、前記パネルイベントで選択された非調
和テーブルが使用される。ステップＳ４２では、非調和
タッチ係数テーブル１５から音高情報に基づいて非調和
タッチ係数ｋを読み出す。ステップＳ４３では、非調和
係数Ｋに非調和タッチ係数ｋを乗算して修正された非調
和係数Ｋ´またはＫ´ａを算出する。ステップＳ４４で
は、非調和係数Ｋ´またはＫ´ａを用い、式（２）また
は式（３）によって倍音周波数ｆｎを演算する。

【００３０】ステップＳ４５では、エンベロープや減衰
時間等、楽音の諸パラメータを演算し、倍音発生部１８
の音源ＬＳＩにロードする。楽音の諸パラメータは、キ
ーコードおよびタッチ等の入力情報に基づいて演算され
る。ステップＳ４６では、倍音発生部１８により発音処
理を行う。ここでは、各倍音周波数に従って正弦波を合
成し、エンベロープ等を付加して楽音を発生する。

【００３１】一方、オンイベントでない場合は、ステッ
プＳ４０からステップＳ４７に進み、離鍵されたか、つ
まりオフイベントか否かを判断する。オフイベントと判
断されたならば、ステップＳ４８に進み、ダンパペダル
がオン操作されているか否かを判断する。ダンパペダル
がオン操作されている場合は、消音しないので、そのま
まメインルーチンへ戻る。また、ダンパペダルがオン操
作されていない場合は、ステップＳ４８からステップＳ
４９に進み、発音を終了させるため、予定のリリースス
ピードつまり離鍵後消音までの時間を決定するパラメー
タを倍音発生部１８の音源ＬＳＩにロードして発音を終
了する。また、オフイベントでない場合は、ステップＳ
４８，ステップＳ４９をスキップしてメインルーチンへ
戻る。

【００３２】なお、上述の実施形態では非調和タッチ係
数テーブルは１種類としたが、このテーブルを、前記非
調和テーブル群１３と同様、音色に対応させた複数種類
の非調和タッチ係数テーブルを有するものとしてもよ
い。この場合に、音色情報に基づいて該非調和タッチ係
数テーブルの１つを選択するための非調和タッチ係数テ
ーブル選択情報発生部を設けるのも上述の例と同様であ
る。

【００３３】さらに、音域毎に非調和タッチ係数テーブ
ルを設けてもよい。例えば、低音域、中音域、高音域の
３種類の非調和タッチ係数テーブルをＲＯＭに記憶さ
せ、キーコードから音域を判別し、その音域に応じたテ
ーブルを選択して非調和タッチ係数ｋを読み出せるよう
にすれば、音域毎の、より精密な楽音を発生させること
ができる。また、倍音発生部１８は正弦波加算方式で楽
音を発生するようにしているが、この方式に限らず、倍
音毎に周波数を制御できるものであれば他の方式を使用
することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜請求項４の発明によれば、すべての音色に共通する
基本周波数、および音色に対応する非調和係数を使用し
て非調和性を与えることができる。特に、音色のみなら
ずタッチに応じて非調和性を変化させることができる。

【００３５】また、請求項２〜請求項４の発明では、楽
音に対応する非調和テーブルおよび非調和タッチ係数テ
ーブルのみを非調和性演算用として記憶しておけばよい
ので、少ない記憶容量のメモリを使用して、より自然楽
器の音に近い非調和性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る楽音合成装置の要部
機能を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る楽音合成装置のハー
ド構成を示すブロック図である。

【図３】 楽音合成装置のメインフローチャートであ
る。

【図４】 パネルイベント処理のフローチャートであ
る。

【図５】 鍵盤イベント処理のフローチャートである。

【図６】 非調和係数テーブルの一例を示す図である。

【図７】 非調和タッチ係数テーブルの一例を示す図で
ある。

【図８】 近似演算による倍音次数に対応するピアノ音
の非調和性の一例を示す図である。

【図９】 倍音次数に対応するピアノ音の非調和性の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１…鍵盤部、 ２…センサ、 ４…ＣＰＵ、 ５…パネ
ル、 １３…非調和テーブル群、 １４…非調和テーブ
ル選択情報発生部、 １５…非調和タッチ係数テーブ
ル、 １６…乗算部、 １７…倍音周波数発生部、 １
８…倍音発生部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−130013（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−306682（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−214563（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−230794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−267999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−99414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−61514（ＪＰ，Ａ) 中村勲、外１名，ピアノ音のスペクト ルの特性，電子情報通信学会技術研究報 告，日本，電子情報通信学会，1993年 ７月23日，Ｖｏｌ．93，Ｎｏ．159，ｐ. ９−15 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 1/00 - 7/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 楽音の音高情報を入力とし、該音高情報
   に対応して予め設定されている非調和係数を出力とする
   非調和係数発生手段と、 前記非調和係数発生手段から出力された非調和係数およ
   び基本周波数を使用して各倍音周波数を演算する倍音周
   波数発生手段と、 前記各倍音周波数に基づいて楽音を発生する倍音発生手
   段と、 タッチ情報を入力とし、該タッチ情報に対応して予め設
   定された非調和タッチ係数を出力とする非調和タッチ係
   数発生手段と、 前記非調和係数に前記非調和タッチ係数を乗算する乗算
   手段とを具備し、 前記乗算手段で非調和タッチ係数が乗算された非調和係
   数を前記倍音周波数発生手段に供給するように構成した
   ことを特徴とする楽音合成装置。
2. 【請求項２】 前記非調和係数発生手段が、音色毎に設
   定された複数の非調和係数テーブルを含み、 音色情報に基づいて前記非調和係数テーブルの１つを選
   択する非調和係数テーブル選択手段をさらに具備したこ
   とを特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。
3. 【請求項３】 前記非調和タッチ係数発生手段が、音色
   毎に設定された複数の非調和タッチ係数テーブルを含
   み、 音色情報に基づいて前記非調和タッチ係数テーブルの１
   つを選択する非調和タッチ係数テーブル選択手段をさら
   に具備したことを特徴とする請求項１または２記載の楽
   音合成装置。
4. 【請求項４】 前記非調和タッチ係数発生手段が、音域
   ごとに設定された複数の非調和タッチ係数テーブルを含
   み、 音域情報に基づいて前記非調和タッチ係数テーブルの１
   つを選択する非調和タッチ係数テーブル選択手段をさら
   に具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の楽音合成装置。