JP3765313B2 - 楽音合成装置および楽音合成用プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、自然楽器の発音機構をモデリングした物理モデル音源による楽音合成装置および楽音合成用プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。特に、バイオリンなどの擦弦楽器の発音機構に着目した楽音合成装置に関するものである。

自然楽器の発音機構をモデリングして、自然楽器の音や実在しない仮想楽器の楽音信号を合成する物理モデル音源が知られている。擦弦楽器をモデリングした場合、ピッチ情報と弓圧，弓速度等の演奏情報を、キーボード，マウス等のポインティングデバイス，その他の操作子等を用いて入力する。これらの入力に応じて物理モデル音源のパラメータが変化し、自然楽器と同様な、あるいは、これを超えた音色および時間経過変化をする楽音信号を合成することができる。

図１３は、従来の擦弦楽器をモデリングした楽音合成装置のブロック構成図であり、図１３（ａ）は全体構成図、図１３（ｂ）は非線形部１３３の内部ブロック構成図である。図中、１０，１４，１６は加算器、１３１，１３２は遅延フィルタ、１３３は非線形部、１３４は割り算器、１３５は非線形関数部、１３６は乗算器である。

図１３（ａ）において、加算器１０，１４は擦弦点に対応し、遅延フィルタ１３１は、擦弦点から弦の左端に到達しここで反射して再び擦弦点に戻る伝搬特性をモデル化したものである。一方、遅延フィルタ１３２は、擦弦点から弦の右端に到達しここで反射して、再び擦弦点に戻る伝搬特性をモデル化したものである。遅延フィルタ１３１，１３２によって閉ループが構成され、この閉ループの遅延時間に応じて弦の共振周波数が決まる。以上が線形部を構成する。これに対し、非線形部１３３は弓による弦の摩擦駆動をモデル化したものである。擦弦点における左右両方向に伝搬する振動に対応する信号を加算器１６で合成し、これをループ出力信号ｌｏｏｐとする。演奏パラメータとして、弓速度Ｖｂ，弓圧Ｐｂを制御入力として、これらに応じてループ出力信号ｌｏｏｐを変更して、再び、加算器１０，１４において線形部に戻している。

図１３（ｂ）に示す非線形部１３３の内部構成において、線形部からのループ出力信号ｌｏｏｐは、加算器５において弓速度Ｖｂと減算され、割り算器１３４において弓圧Ｐｂで割り算された後、非線形関数部１３５に入力される。非線形関数部１３５の出力は乗算器１３６において弓圧Ｐｂと乗算されて線形部に出力される。

図１４は、図１３に示した非線形関数部１３５の入出力特性を説明する線図である。横軸は、割り算器１３４の入力、すなわち、線形部からのループ出力信号ｌｏｏｐと弓速度Ｖｂとの相対速度（ｌｏｏｐ−Ｖｂ）である。縦軸は、割り算器１３６の出力である。基本的な特性は、非線形関数１３５で決まる。０入力レベルを中心とする所定入力範囲Ｂは、弓毛と弦との間の摩擦によって、弓毛の動きに応じた駆動力が弦に与えられている状態である。したがって、弦は静摩擦係数によって支配される動きをする。

ところが、この入力範囲を超える入力範囲Ａの速度で弓毛が動くと、両者の間ですべりが生じる。その結果、弦は静摩擦係数よりも小さな動摩擦係数によって支配される動きをすることとなり、弦に加わる駆動力が急速に低下する。このとき、弦は、弓毛の動きに応じて変位している状態から、急速に戻る方向の動きをしようとする。したがって、静摩擦係数で動く入力範囲Ｂから、動摩擦係数で動く入力範囲Ａに移行する時点の間隔が、弦に与える振動の駆動力の周期と関連を有する。上述した入力範囲Ｂおよび入力範囲Ａの境界は、弓圧Ｐｂによって異なる。すなわち、弓圧Ｐｂが大きければすべりを起こす相対速度が大きくなる。割り算器１３４および乗算器１３６は対となって、この弓圧Ｐｂによる特性変化点の移動をモデル化している。

一方、バイオリンに代表される擦弦楽器は、演奏者の弓操作によっては、弓を弾いている途中で、弓圧の加減，弓の動かし方などにより、意図せずに音が引っ繰り返って調子外れの音が発生することがある。これは、人の声でいう裏声に対応し、基本振動モードから２次（倍音）以上の高次の振動モードに弦振動が移行する現象である。換言すれば、擦弦楽器で安定に所望のピッチの楽音を持続して発音させるには、相当な熟練を要するということである。これは、上述した弓毛と弦との間のすべりなど、摩擦関係の動的変化に起因するものである。

例えば、すべりがなく静摩擦関係であるべきなのが、すべりが発生して動摩擦関係に移行する頻度が大きくなると、上述した現象が発生する。そして、擦弦楽器の発音機構をモデリングした物理モデル音源でも、原理的にこのような高次の振動モードに移行する現象が起こりうる。実際、パラメータの設定によっては、この現象が発生する。
この現象は、上述した図１４において、静摩擦係数で動く入力範囲Ｂから、動摩擦係数で動く入力範囲Ａに移行する時点相互の間の期間（周期）が、本来のピッチ周期よりも短くなってしまうことに対応する。

また、バイオリンでは、弓に馬の尾毛を束ねた弓毛を張っており、その表面あるいは弦のそれぞれの微細な凹凸等によって、楽音にざらついた揺らぎが発生する。したがって、擦弦楽器の音色を忠実に再現させるためには、この揺らぎを楽音に与える必要がある。このような揺らぎを与える楽音合成装置として、乱数信号に応じて弓圧に相当する楽音パラメータを変化させるものが、特許文献１等で知られている。しかし、弦の振動等によって揺らぎを制御していなかったため、弓毛の表面状態等による楽音の揺らぎを十分にはモデル化できていなかった。
特開平４−３０６６９８号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、楽音に揺らぎを与えることができる楽音合成装置および楽音合成用プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とするものである。

本発明においては、少なくとも遅延手段を含むループ手段、前記ループ手段から取り出されたループ出力信号を第１の演奏パラメータに応じて変更することにより駆動信号を生成し前記ループ手段に供給する駆動信号生成手段、および、前記ループ出力信号の大きさ、または、前記ループ出力信号および前記第１の演奏パラメータに応じた信号の大きさ、に応じて変化の時間幅が変わる揺らぎ信号を生成し該揺らぎ信号と第２の演奏パラメータとを演算して前記ループ手段に供給する揺らぎ信号生成手段、を有するものである。
また、上述した各手段としてコンピュータを機能させるための楽音合成用プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
したがって、第２の演奏パラメータおよびループ出力信号の大きさに応じた揺らぎをループ出力信号に与えることができる。特に、擦弦楽器をモデリングした楽音合成装置の場合に、弓毛および弦の表面のざらつきなどによる楽音の揺らぎをループ出力信号に与えることができる。

本発明の楽音合成装置によれば、楽音にループ出力信号の大きさに応じた揺らぎを与えることができるという効果がある。特に、擦弦楽器をモデル化した場合、擦弦楽器の弓毛および弦の表面のざらつきなどによる楽音のランダム揺らぎのより忠実なモデリングが可能になる。

図１は、本発明の楽音合成装置の実施の一形態を説明するためのブロック構成図である。図中、図１３と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。１は演奏情報出力部、２は制御部、３は線形部、４は非線形変換部、５は加算器、６は演算器、７はざらつき効果信号発生部、８は左終端フィルタ、９，１１，１３，１５は信号遅延部、１２は右終端フィルタ、１７は干渉部、１８，１９は加算器である。

この実施の形態の楽音合成装置においては、少なくとも信号遅延部９，１１，１３，１５を含むループ部、および、このループ部から取り出されたループ出力信号ｌｏｏｐを、弓速度Ｖｂ等の演奏パラメータとの差に応じて変更することにより駆動信号を生成し、ループ部に供給する駆動信号発生部を有する楽音合成装置である。この駆動信号発生部は、ループ出力信号ｌｏｏｐと弓速度Ｖｂ等の演奏パラメータとの差に応じた入力信号に対し、この入力信号に基づく信号の大きさに応じて、小入力信号時における入出力特性と大入力信号時の入出力特性とに変化する非線形変換を行うとともに、入出力特性が前記小入力信号時の入出力特性から前記大入力信号時の入出力特性に変化する周期がループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期よりも短くなることを抑制する非線形変換部４を有するものである。

図１４に示した従来例の擦弦楽器の発音機構の入出力特性においては、小入力信号時における入出力特性とは、入力範囲Ｂにおけるように、入力信号の大きさ（絶対値）に応じて出力の大きさ（絶対値）が増加する静摩擦特性である。大入力信号時の入出力特性とは、入力範囲Ａにおけるように、入力信号の大きさ（絶対値）の増加に対して出力信号の大きさ（絶対値）が減少する動摩擦特性である。

また、ざらつき効果信号発生部７においてループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに応じて変化の時間幅が変わる揺らぎ信号を生成し、この揺らぎ信号を弓圧Ｐｂ等の演奏パラメータと演算して、その演算結果を、演算部６において、前記ループ手段に供給する。

演奏情報出力部１は、キーボードや操作子等により入力される、音色ＴＣ，音高ＰＩＴＣＨ，弓速度Ｖｂ，弓圧Ｐｂ等の内、音色ＴＣ，音高ＰＩＴＣＨ等を制御部２に出力し、弓速度Ｖｂ，弓圧Ｐｂ等を非線形変換部４，ざらつき効果信号発生部７に出力する。制御部２は、音色ＴＣ，音高ＰＩＴＣＨに基づいた制御パラメータを線形部３および非線形変換部４に出力し、音色ＴＣに基づいた制御パラメータをざらつき効果信号発生部７に出力する。

線形部３は、弦をシミュレートする部分であり、ここにおいて、信号遅延部１１，右終端フィルタ１２，信号遅延部１３の直列接続は、図１３における遅延フィルタ１３２に対応し、信号遅延部１５，左終端フィルタ１２，信号遅延部９の直列接続は、図１３における遅延フィルタ１３１に対応する。原則的には、信号遅延部１１，１３の遅延量ＤＲ１，ＤＲ２は等しく、信号遅延部１５，９の遅延量ＤＬ１，ＤＬ２も等しい。遅延量ＤＬ１＋ＤＬ２と遅延量ＤＲ１＋ＤＲ２の配分は、弦の駆動点位置に対応させる。左終端フィルタＴＦＬ，右終端フィルタＴＦＲの特性は、振動体である弦の支持点での信号減衰や反射による位相反転，位相変化などによって決まる。

干渉部１７は、上述した線形部３と後述する駆動信号発生部との間に設けられるものであるが、必ずしも必要なものではない。干渉部１７における加算器１９は、線形部３の加算器１６の出力と加算器１８の出力とを加算したループ出力信号ｌｏｏｐを駆動信号発生側の非線形変換部４，加算器５，ざらつき効果信号発生部７に出力する。一方、加算器１８は、駆動信号発生側の演算器６の出力と線形部３の加算器１６の出力とを加算して線形部の加算器１０，１４に出力する。干渉部１７を設けない場合、線形部の加算器１６からの入力は、ループ出力信号ｌｏｏｐとして、直接、駆動信号発生側に出力されるとともに、駆動信号発生側の出力は、直接、線形部３の加算器１０，１４に出力される。

次に、駆動信号発生側について説明する。非線形変換部４は、図１３に示した非線形部１３３に対応する。しかし、単に、弓速度Ｖｂに対する線形部３からのループ出力信号ｌｏｏｐの大きさ（演算式としては、ｌｏｏｐ−Ｖｂを用いている）を出力する加算器５の出力を弓圧Ｐｂに応じて変更するだけでなく、入力信号によって、変更特性が制御される。
ざらつき効果信号発生部７は、線形部３からのループ出力信号ｌｏｏｐを入力して、これに応じて揺らぎ信号を発生し、演算器６において非線形変換部４の出力と演算することにより、ざらつき感を楽音に与える。

図２は、図１に示した干渉部１７の変形例の説明図である。入出力特性は、図１に示した干渉部１７の構成と等価である。図中、２１、２３は加算器、２２は乗算器である。線形部の加算器１６からの入力は、乗算器２２において２倍されて加算器２３に出力されるとともに、加算器２１に入力され、加算器２３において、駆動信号発生側の出力と加算されて駆動信号発生側に出力される。駆動信号発生側の出力は、加算器２１において線形部の加算器１６からの入力と加算されて線形部の加算器１０，１４に出力される。

図３は、図１に示した演算器６の具体例の説明図である。図３（ａ）に示す例では、非線形変換部４の出力とざらつき効果信号発生部７の出力とを加算器３１で加算して線形部３側に出力する。図３（ｂ）に示す例では、図３（ａ）の加算器３１に代えて乗算器３２を用いる。図３（ｃ）に示す例では、非線形変換部４の出力とざらつき効果信号発生部７の出力とを乗算器３２で乗算した出力を、加算器３１において非線形変換部４の出力と加算して線形部３に出力する。演算器６としては、上述した具体例に限らず、非線形変換部４の出力とざらつき効果信号発生部７の出力に対して、種々の演算を行うことができる。

図４は、図１に示した非線形変換部４の内部構成を説明するためのブロック構成図である。加算器５を含めて図示している。図中、４１は第１の変換特性テーブル、４２は第２の変換特性テーブル、４３は信号処理部、４４は係数発生部、４５は切替部、４６，４７，４９，５１は乗算器、４８，５０，５２は加算器である。ループ出力信号ｌｏｏｐは、加算器５において弓速度Ｖｂを減算され、相対速度が第１の変換特性テーブル４１および第２の変換特性テーブル４２に入力される。なお、加算器５０は後述する変形例において用いる。

第１の変換特性テーブル４１は、図１４に示した入出力特性における入力範囲Ａにおける動摩擦係数で駆動されるときの特性を実現するための変換特性テーブルであり、第２の変換特性テーブル４２は、入力範囲Ｂにおける静摩擦係数で駆動されるときの特性を実現するための変換特性テーブルである。両変換テーブルの出力は、切替部４５の乗算器４６，４７において、それぞれ係数発生部４４から出力される重み係数を乗算されて、加算器４８において合成されて、図１の非線形変換部４の出力となり、演算器６に出力される。したがって、図示の例は、厳密にいえば、第１，第２の変換特性テーブル４１，４２の特性に係数発生部４４の重み付け係数が乗算されたもので、入力範囲Ａ，Ｂにおける変換特性を実現している。

切替部４５および係数発生部４４は、加算器５の入力を入力信号とする。信号処理部４３の制御出力によって第１，第２の変換特性テーブル４１，４２の出力を切り替える機能を有するものであるが、切替の遷移領域を滑らかにするため、切替の前後で重み付けを行っている。なお、加算器５２は、後述する変形例において用いる。係数発生部４４は、図示のように、切替の閾値で交差する係数を出力する。切替の閾値よりも小さな入力レベルでは、第２の変換特性テーブル４２に対する重み係数の方が第１の変換特性テーブル４１に対する重み係数よりも大きく、切替の閾値を超えると逆転した関係となる。第１，第２の変換特性テーブル４１，４２の出力の切替は、弓圧Ｐｂの大きさによっても制御することが望ましいが、ここでは、説明を簡単にするために弓圧Ｐｂの大きさによる制御は説明を省略している。簡単に制御するには、例えば、係数発生部の切替の閾値を弓圧Ｐｂに応じて変化させればよい。
図示の例では、第１の変換特性テーブル４１は、入力信号が正方向に増加するにつれ負の出力信号の上昇率が減少して負の一定レベルに近づき、入力信号が負方向に増加するにつれ正の出力信号の下降率が減少して正の一定レベルに近づくような特性としている。

図５は、図４に示した信号処理部４３の第１の具体例を説明するためのブロック構成図である。図中、６１はフィルタ部、６２は絶対値変換部、６３はバンドパスフィルタ部、６４，６７は加算器、６５，６６は乗算器である。
概要を説明すると、加算器５の出力信号のピッチ周期（基本振動モードの周期）に等しい周期成分を通過させ、２倍ピッチ以上の高次振動成分は抑圧される特性を有するバンドパスフィルタ６３を用い、加算器５の出力信号をこのバンドパスフィルタに通した上で、係数発生部４４に出力する。

図６は、図１，図４，図５に示したブロック構成の動作を説明するための波形図である。図中、７１はループ出力信号がピッチ周期ｔｐの２倍の振動モードにあるときの加算器５の出力信号である。入力範囲Ｂから入力範囲Ａに切り替わる入力レベルを入力閾値と名付ける。物理モデル音源が高次の振動モードにはまりこんでしまうと、加算器５の出力信号が入力閾値を超える時点(1)，(2)，(3)が１ピッチの周期内において、常時、次数に対応して複数回起こるようになったり、複数回起こる頻度が高くなる。そこで、加算器５の出力信号をバンドパスフィルタ部６３に通した上で、係数発生部４４に入力する。
この第１の具体例においては、この加算器５の出力信号のピッチ周期の信号を通過させる帯域通過フィルタ６３に、この加算器５の出力信号を通した信号に基づいて制御信号を生成し、この制御信号と切替の閾値とを比較することにより非線形変換部４の入出力特性を変化させることにより、高次振動モードの移行を抑制するものである。

図７は、図４に示したバンドパスフィルタ６３の周波数特性の一例の説明図である。図中、８１は加算器５の出力信号の周波数スペクトル、８２はバンドパスフィルタ６３の周波数特性である。この例では、バンドパスフィルタ６３として、ピッチ周波数（基本周波数）にピークを有するフィルタを用いている。加算器５の出力信号をこのような特性を有するバンドパスフィルタ６３に通すことにより、ピッチ周波数成分が強調され、図６に示したような２倍ピッチ以上の高次周波数成分が減衰された信号で切替部４５を切り替えることになる。

したがって、入力範囲Ｂから入力範囲Ａに切り替わる時点として、時点(2)が消失し、時点(1)と時点(2)の時間間隔が時点(3)まで延長されたような駆動信号が演算器６に出力されることになる。その結果、ループ出力信号ｌｏｏｐが２倍ピッチのために加算器５の出力が２倍ピッチになる場合でも、駆動がピッチ周期で行われる結果、ループ出力信号ｌｏｏｐがピッチ周期に安定する方向に変更される。また、基本周波数モードから高次の振動モードへの移行も抑制される。

図５に再び戻って詳細を説明する。フィルタ部６１のバンドパスフィルタ６３の特性は、制御部２を介して演奏情報として与えられるループ出力信号ｌｏｏｐのピッチＰＩＴＣＨによって変化させるだけでなく、音色ＴＣごとに設定された振幅強度ＡＭＰ（ＴＣ）および共振特性のキューＱ（ＴＣ）によっても変化させる。ディジタルフィルタを使用する場合には、フィルタ係数をこれらの値に基づいて決定してフィルタ演算を行う。

一方、弓速度Ｖｂおよび弓圧Ｐｂの関数Ｂ（Ｖｂ，Ｐｂ）の絶対値に、加算器６４においてオフセット値ＢｏｗＯｆｆｓｅｔ（ＴＣ）を加算する。この加算値に乗算器６５において感度値ＢｏｗＳｅｎｓｅ（ＴＣ）を乗算する。さらに、この乗算値に乗算器６６においてバンドパスフィルタ６３の出力を乗算し、加算器６７においてバイパスされた加算器５の出力信号を加算し、絶対値変換部ＡＢＳ６２に出力する。この絶対値変換部ＡＢＳ６２の出力は、図４の係数発生部４４に出力される。オフセット値ＢｏｗＯｆｆｓｅｔ（ＴＣ）および感度値ＢｏｗＳｅｎｓｅ（ＴＣ）も音色ＴＣごとに決められる。係数発生部４４が正負の入力に対して係数を出力するものであれば、絶対値変換部ＡＢＳ６２は不要である。
なお、上述した例では、バンドパスフィルタ６３の出力に応じた信号とバイパスされたループ出力信号ｌｏｏｐの和を取っているが、まとめて、等価な特性を有するフィルタに置き換えてもよい。また、バンドパスフィルタ６３の入力信号として、図４に示した加算器５の出力信号と非線形変換部の出力となる加算器４８の出力信号との和に応じた信号を用いるなど、各部の信号またはその組み合わせ信号を用いてもよい。

図８は、図４に示した信号処理部４３の第２の具体例の説明図である。図中、９１は絶対値変換部、９２は制御波形パラメータ生成部、９３は制御波形発生部、９４は演算器、９５はランダム信号発生部、９６は信号加工部である。
図９は、図８に示した第２の具体例における信号処理部の動作を説明するための波形図である。図９（ａ）は加算器５の出力信号、図９（ｂ）は補正信号、図９（ｃ）は信号処理部の出力信号の波形図である。

この第２の具体例においては、加算器５の出力信号に基づいて制御信号を生成し、この制御信号と切替の閾値とを比較することにより非線形変換部４の入出力特性を変化させるとともに、この制御信号が切替の閾値を超えたときを制御波形パラメータ生成部９２において検出する。検出後の次のピッチ周期ｔｐの期間内において制御信号が切替の閾値を超えることを抑制するように、制御波形発生部９３、加算器９７等により、制御信号の大きさが所定の変化特性に従うように変更することにより、高次振動モードの移行を抑制する。
ピッチ周期ｔｐの２倍の振動モードにある加算器５の出力信号の波形を範囲Ｂの領域に押し込めるような補正信号ＣＷ１０１を発生させることにより、図４に示した第２の変換特性テーブル４２から第１の変換特性テーブル４１への切替が、倍ピッチ以上で行われるのを抑制している。

図９（ａ）に示すループ出力信号ｌｏｏｐがピッチ周期ｔｐの２倍の振動モードにあるときの加算器５の出力信号７１は、図８の絶対値変換部ＡＢＳ９１に入力され、絶対値化されて制御波形パラメータ生成部９２に入力される。図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、ここでは、加算器５の出力信号７１が切替の入力閾値を超えた時点ｓｔａｒｔ(1)と、次に加算器５の出力信号７１が切替の閾値より下がった時点(4)とを検出し、両時点間の時間長ｔ１を検出する。さらにループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期ｔｐからｔ１を減算した時間長ｔ２を出力する。ループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期ｔｐは、図１に示した演奏情報部１から制御部２を介して得られる音高ＰＩＴＣＨ情報に基づいて決定される。また、加算器５の出力信号７１の絶対値を常時継続的に監視し、この絶対値の振幅範囲等に基づいて、深さｄｅｐｔｈを設定して出力する。なお、ｄｅｐｔｈは、一定値としてもよい。

制御波形発生部９３においては、基本的な変化特性を数値テーブルに記憶しており、図９（ｂ）に示すように、上述したｓｔａｒｔ時点のタイミング情報と、時間長ｔ２，深さｄｅｐｔｈに応じた、時間幅ｔ２および振幅ｄｅｐｔｈであって、下に凸の形状の負の補正信号ＣＷ１０１を発生する。数値テーブルの代わりに演算によって同様な変化特性を実現してもよい。補正信号ＣＷ１０１は、加算器９７において、絶対値変換された、ピッチ周期ｔｐの２倍の振動モードにある加算器５の出力信号７１のバイパス信号と加算されて、図９（ｃ）に示した信号処理部の出力信号ＮＬＣＷ１０２となり、図４に示した係数発生部４４に出力され、第１，第２の変換特性テーブル４１，４２の切替を行う。

なお、図９（ｂ）に示した補正信号は、２倍ピッチの加算器５の出力信号７１に対して時点(2)の発生を抑圧することを考えて変化特性が決められている。抑制したい振動モードの次数に応じて波形形状を決めることができる。
図９（ｃ）から明らかなように、切替を行う信号処理部の出力信号ＮＬＣＷ１０２は、時点(4)から時点(3)までの時間長ｔ２の期間において切替の閾値を超えにくくなり、図９（ａ）において存在していた、時点(2)が消失する。したがって、１ピッチ周期ｔｐ内において切替の閾値を２回以上超えることが抑制される。

図示のように、ランダム信号発生部９５の出力を、信号加工部９６において、弓速度Ｖｂ，弓圧Ｖｐ，その他、音色ＴＣ，ピッチＰＩＴＣＨに応じた信号で加工して、演算器９４において制御波形発生部９３の出力と、図３に示した演算器６と同様に、加算，乗算等の演算を行った上で、加算器９７に出力してもよい。このように音色に応じて高次振動モードの抑制の度合いを変えることによって、音色に適した制御を行うことができる。また、ランダム信号を加えることによって、規則的な抑制を避けて不自然さを少なくしている。
また、制御パラメータ生成部９２の入力信号として、図４に示した加算器５の出力信号と非線形変換部の出力となる加算器４８の出力信号との和に応じた信号を絶対値変換したものを用いるなど、各部の信号またはその組み合わせ信号を絶対値変換して用いてもよい。

図１０は、図４に示した信号処理部４３の第３の具体例の概要を説明するための波形図である。ブロック構成は図示を省略する。図中、１１１は切替の入力閾値である。
この第３の具体例では、加算器５の出力信号に応じた制御信号が閾値を超えたときを検出した後、次のピッチ周期ｔｐの期間内において、制御信号が切替の閾値を超えることを抑制するために、制御信号を変更する代わりに、切替の入力閾値１１１の方を所定の変化特性に従うように変更する。
結果的には、図４に示した第２の変換特性テーブル４２から第１の変換特性テーブル４１への切替が、倍ピッチ以上の周期で行われるのを抑制することにより、高次振動モードの移行を抑制する。切替の入力閾値は、図８，図９において説明した補正信号の作成方法と同様であり説明は省略する。

この他、図４の信号処理部４３の第４の具体例として、加算器５の出力信号に基づいて制御信号を生成し、この制御信号と切替の閾値とを比較することにより非線形変換部４の入出力特性を変化させるとともに、この制御信号が切替の閾値を超えたとき、ループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期に相当する期間内において制御信号が再び切替の閾値を超えても入出力特性を切り替えないようにしてもよい。ループ出力信号ｌｏｏｐの１ピッチ周期ｔｐ内で、１回だけ第２の変換特性テーブル４２から第１の変換特性テーブル４１への切替を行うように、ロジック的に切替時点を間引くようにすることができる。ただし、規則性が強いと合成される楽音に不自然さが残る。

なお、図４において、非線形変換部出力を乗算器４９においてＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＴＣ）値を乗算し、加算器５０において加算器５の出力に加算して第１，第２の変換特性テーブル４１，４２に入力するようにしたときには、ヒステリシスを持った非線形変換出力を発生させることができる。正帰還量は、ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＴＣ）値を音色ＴＣに応じて設定することにより制御できる。このようにすれば、加算器５の出力が上昇するときと下降するときとで、非線形変換部の出力とその変化に差を持たせることができる。あるいは、乗算器５１において、係数発生部４４から乗算器４６への出力係数にＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＴＣ）値を乗算し、加算器５２において信号処理部４３の出力に加算して係数発生部４４に入力するようにフィードバックをさせてもよい。
また、図４においては、弓速度Ｖｂとの相対速度である加算器５の出力信号を信号処理部４３に入力したが、信号処理部４３にループ出力信号ｌｏｏｐを直接に入力するようにしてもよい。相対速度である加算器５の出力信号、ループ出力信号ｌｏｏｐのいずれを用いるかによって、一時的には制御状態が異なるが、結局いずれも相互に影響し合って値が決まるものであるから、時間がたてば、いずれを用いても制御状態が大きく異なることはない。

図１１は、図１に示したざらつき効果信号発生部７の第１の具体例を説明するためのブロック構成図である。図中、１２１は絶対値変換部、１２２は乗算器、１２３は加算器、１２４は遅延部、１２５はセレクタ、１２６はノイズ発生部、１２７は遅延部、１２８は信号加工部、１２９は乗算器である。
図１２は、図１１に示したセレクタ１２５の出力を説明する波形図である。図１２（ａ），図１２（ｂ）は、入力信号の大きさに比例した信号ＳＦの大きさによる違いを示す。
この具体例のざらつき効果信号発生部７は、ループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに応じて変化の時間幅が変わる揺らぎ信号を生成するものであって、乗算器１２９において弓圧Ｐｂ等の演奏パラメータを変調し、図１に示した演算器６において線形部３に供給している。揺らぎ信号は、ノイズ発生部１２６から出力されるランダム信号をループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに応じた周期でサンプルホールドすることにより生成している。

ループ出力信号ｌｏｏｐは絶対値変換部１２１において絶対値化され、乗算器１２２において音色ＴＣに応じて設定される重み係数ＳＭＰａｄｊ（ＴＣ）を乗算されて信号ＳＦとなり、加算器１２３において、遅延部１２４で遅延された１サンプル前の加算値と加算される。その結果、加算器１２３は累算値を出力し、累算値が所定値を超えるとオーバフロー信号ｏｖｅｒｆｌｏｗを出力する。このオーバフロー信号はセレクタ１２５の制御入力となる。２値あるいは多値のノイズ発生部１２６は、音色ＴＣに応じて設定されるパラメータＰＡＲｎｏｉｓｅ（ＴＣ）によりランダム信号の特性が適宜設定され、ランダムな振幅の信号を、セレクタ１２５の第１の入力端子に出力する。

ノイズ発生部１２６としては、ＲＯＭ（Read Only Memory）を用いてもよいし、Ｍ系列のランダム信号発生器、あるいはノイズ信号を発生する素子の出力をＡ／Ｄ変換したものを用いてもよい。ノイズ発生部１２６は所定のクロックでランダム信号を出力する。セレクタ１２５の第２の入力端子は、遅延部１２７で遅延された１サンプル前のセレクタ１２５の出力が入力される。
したがって、セレクタ１２５は、ノイズ発生部１２６の出力をサンプルホールドし、図１２に示すように、ループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに逆比例した「変化の時間幅」でノイズ発生部１２６のランダム信号を出力する。

セレクタ１２５の出力は、音色に応じて設定されるフィルタパラメータＰＡＲｆｌｔ（ＴＣ）によって制御される信号加工部１２８に入力され、ここでフィルタ処理を行なう。信号加工部１２８は直流成分をカットし、ざらつき感を強調するために高域通過フィルタとすると好適である。信号加工部１２８の出力である揺らぎ信号は、乗算器１２９において弓圧Ｐｂと乗算され、揺らぎ信号で変調された弓圧Ｐｂをざらつき効果信号ＢＯＷＮＯＩＳＥとして出力する。このざらつき効果信号ＢＯＷＮＯＩＳＥは、図１に示したように、線形部３に対して駆動信号を出力する演算器６に入力され、線形部３を巡回する信号に対して揺らぎを与える。

なお、乗算器１２９は、弓圧Ｐｂと揺らぎ信号の乗算出力に弓圧Ｐｂを加算する加算器に代えてもよい。あるいは、弓圧Ｐｂと揺らぎ信号の和を出力する加算器に代えてもよい。このように、揺らぎ信号は、物理的なイメージに合うように弓圧Ｐｂを変調するだけでなく、弓圧とともに任意の演算を行って線形部３に供給してもよい。

ノイズ発生部１２６の出力波形は、弓毛の表面のパターンをモデル化したものである。そして、弦の振動が速いほど変化が激しくなるように、ループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに応じて変化の時間幅を変えている。ループ出力信号ｌｏｏｐを用いる代わりに、弓速度Ｖｂとの相対速度である図１における加算器５の出力を絶対値変換部１２１に入力してもよい。この他、線形部３の信号路の任意の点の入力信号を種々組み合わせて入力信号としてもよい。また、ざらつき効果信号ＢＯＷＮＯＩＳＥは、非線形変換部４の出力点とは異なる入力点から線形部３に入力するようにしてもよい。

図１１，図１２においては、弓毛の表面のパターンをノイズ信号でモデル化した。この他、図示を省略するが、第２の具体例として、ループ出力信号ｌｏｏｐに応じて周期が制御される正弦波などの周期信号を用いてもよい。さらには、第３の具体例として、弦と弓毛の表面との接触状態による変動パターンを記憶しておき、ループ出力信号の大きさおよび弓速度Ｖｂ，弓圧Ｐｂ等に応じた読み出し周期で波形メモリを読み出し、これに基づいてざらつき効果信号ＢＯＷＮＯＩＳＥを生成するようにしてもよい。このように、弦の振動状態や弓毛と弦の相対速度などに応じた周期で変調された信号を線形部３に供給することにより楽音にざらつき感を与えることができる。

なお、上述した揺らぎ信号の生成手段は、ループ出力信号ｌｏｏｐの大きさに依存しない変化の時間幅を有する揺らぎ信号を生成する場合にも適用できる。この場合は、セレクタ１２５がノイズ発生部１２６の出力をサンプルホールドする周期を一定にすればよい。波形メモリを読み出す場合には、読み出し周期を一定にすればよい。

上述した説明では、線形部３のループ出力信号ｌｏｏｐとして弦の速度に対応する信号を用いることを前提に、弓速度Ｖｂとの相対速度を求めたが、ループ出力信号ｌｏｏｐとして弦の変位など他の振動を表現する変数でもよく、この変数に応じて演算式を変更すればよい。
また、上述した説明では、ループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期として、演奏情報として設定される音高ＰＩＴＣＨ情報によるピッチ周期ｔｐを使用したが、ループ出力信号ｌｏｏｐのピッチ周期を常時測定しておき、その短期間平均値を用いてピッチ周期としてもよい。
上述した説明では、擦弦楽器の発音機構をモデリングしたときの非線形変換特性について説明した。しかし、異なる発音機構をモデリングした場合でも、小入力信号時の入出力特性に対し、大入力信号時の入出力特性が図１４に示したように異なるような特性を有する場合に、同様な手法で高次振動モードを抑制することができる。
また、擦弦楽器の発音機構とは異なるが、図１、図４に示した加算器５において、線形部３のループ信号ｌｏｏｐと弓速度Ｖｂとの和をとり、この和信号に基づいて非線形変換を行い駆動信号を線形部３に供給するようにしてもよい。

上述したブロック構成は、ハードウエアロジック構成のみでも実現できるが、乗算機能を有し、フィルタ演算に適したＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ：Digital Signal Processor）を用いて実行することにより、楽音合成アルゴリズムの構成変更やパラメータの変更等に対し、このＤＳＰを制御するプログラムを変更するだけで柔軟に対応することができる。このプログラムは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）等の記録媒体に記録される。
また、ＤＳＰの代わりに、汎用のＣＰＵ（Central Processsing Unit）、ＲＯＭ，ＲＡＭ、Ｄ／Ａ変換器等を備えたパーソナルコンピュータにおいて、オペレーティングシステムの下で実行されるソフトウエア音源のプログラムとして実行させることもできる。このプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、あるいはフレキシブル磁気ディスク（ＦＤ）に記録された形で配布され、パーソナルコンピュータのハード磁気ディスク（ＨＤ）に記録される。

本発明の楽音合成装置の実施の一形態を説明するためのブロック構成図である。 図１に示した干渉部の変形例の説明図である。 図１に示した演算器の具体例の説明図である。 図１に示した非線形変換部の内部構成を説明するためのブロック構成図である。 図４に示した信号処理部の第１の具体例を説明するためのブロック構成図である。 図１，図４，図５に示したブロック構成の動作を説明するための波形図である。 図４に示したバンドパスフィルタの周波数特性の一例の説明図である。 図４に示した信号処理部の第２の具体例の説明図である。 図８に示した第２の具体例における信号処理部の動作を説明するための波形図である。 図４に示した信号処理部の第３の具体例の概要を説明するための波形図である。 図１に示したざらつき効果信号発生部の第１の具体例を説明するためのブロック構成図である。 図１１に示したセレクタの出力を説明する波形図である。 従来の擦弦楽器をモデリングした楽音合成装置のブロック構成図であり、図１３（ａ）は全体構成図、図１３（ｂ）は非線形部の内部ブロック構成図である。 図１３に示した非線形関数部の入出力特性を説明する線図である。

符号の説明

１ 演奏情報出力部、２ 制御部、３ 線形部、４ 非線形変換部、５，１０，１４，１６，１８，１９ 加算器、６ 演算器、７ ざらつき効果信号発生部、８ 左終端フィルタ、９，１１，１３，１５ 信号遅延部、１２ 右終端フィルタ、１７ 干渉部、４１ 第１の変換特性テーブル、４２ 第２の変換特性テーブル、４３ 信号処理部、４４ 係数発生部、４５ 切替部、４６，４７，４９，５１ 乗算器、５，４８，５０，５２ 加算器、７１ 加算器５の出力信号、８１ ループ出力信号ｌｏｏｐの周波数スペクトル、８２ バンドパスフィルタ６３の周波数特性、１０１ 補正信号ＣＷ、１０２ 信号処理部の出力信号ＮＬＣＷ、１１１ 切替の入力閾値

Claims (2)

1. 少なくとも遅延手段を含むループ手段、
   前記ループ手段から取り出されたループ出力信号を第１の演奏パラメータに応じて変更することにより駆動信号を生成し前記ループ手段に供給する駆動信号生成手段、および、
   前記ループ出力信号の大きさ、または、前記ループ出力信号および前記第１の演奏パラメータに応じた信号の大きさ、に応じて変化の時間幅が変わる揺らぎ信号を生成し該揺らぎ信号と第２の演奏パラメータとを演算して前記ループ手段に供給する揺らぎ信号生成手段、
   を有することを特徴とする楽音合成装置。
2. 少なくとも遅延手段を含むループ手段、
   前記ループ手段から取り出されたループ出力信号を第１の演奏パラメータに応じて変更することにより駆動信号を生成し前記ループ手段に供給する駆動信号生成手段、および、
   前記ループ出力信号の大きさ、または、前記ループ出力信号および前記第１の演奏パラメータに応じた信号の大きさ、に応じて変化の時間幅が変わる揺らぎ信号を生成し該揺らぎ信号と第２の演奏パラメータとを演算して前記ループ手段に供給する揺らぎ信号生成手段、
   としてコンピュータを機能させるための楽音合成用プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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