JP4978993B2 - 楽音発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、楽音発生装置に関し、特に、アコースティックピアノの離鍵時の効果音を模擬するのに好適な楽音発生装置に関する。

アコースティックピアノでは、ダンパーと呼ばれる部品を使用して押鍵時以外で弦が振動するのを抑えている。押鍵すると、つまり鍵を押し下げると、まずアクションが動作し、押し下げられた鍵に対応するダンパーが開放される。次いで、ハンマーが打弦してピアノ音が発生する。押鍵を止めて鍵を元に戻すと、アクションが反対に動作し、開放されていたダンパーが再び弦に当接して振動を抑え、ピアノ音は停止される。このピアノ音停止の際、まだ振動している途中の弦にダンパーが当接するので、わずかな時間ではあるが通常の楽音とは異なる微妙な弦振動音を発生する。以下、この弦振動音を「離鍵弦振動音」と呼ぶ。

ダンパーは全ての弦に設置されているのではなく、高音側１オクターブ半ほどの弦にはダンパーが設けられておらず、常に開放状態である。また、ダンパーが設置されている弦であっても、通常は振動させない弦の部分（フォアストリングスやバックストリングス）はダンパーの動作にかかわらず、常に開放状態にあるのと同等である。

これら開放状態の弦やフレーム等によって、アコースティックピアノはわずかに共鳴する。したがって、一旦打鍵してピアノ音が発生するとピアノ自身のわずかな共鳴音が付加される。この共鳴音は、押鍵中はピアノ音にマスクされて聞き取れない程度であるが、離鍵してピアノ音が停止すると残っていることが分かる。この共鳴音を、以下、「筐体共鳴音」と呼ぶ。

従来、電子ピアノ等の電子楽器において離鍵弦振動音や筐体共鳴音を模擬することが試みられている。例えば、押鍵によって発生された通常楽音を、離鍵時の減衰時間を長めに設定することで離鍵弦振動音を模擬することが行われている。

また、キーオフ情報が供給されたときに、生成中の主楽音を消去するとともに、キーオフ音を離鍵弦振動音や筐体共鳴音の代替として発生することができる楽音発生装置が知られている（特開２００１−２３６０６７号公報）。この楽音発生装置では、キーオフ情報が供給されたときに、該キーオフ情報により指示される音高の主楽音の特性を検出し、キーオフ音の特性として前記検出された主楽音の特性を設定する。また、この楽音発生装置は、キーオンからキーオフまでの時間に応じてキーオフ音の特性を決定する。
特開２００１−２３６０６７号公報

しかし、アコースティックピアノの離鍵時に発生する音は、通常発音中には発生されない要素を含んでいるため、離鍵時に減衰時間を長めにしたとしても、離鍵時の特徴的な音を十分に再現することはできなかった。また、離鍵時（キーオフ時）に新たに離鍵弦振動音（キーオフ音）を発生する上記特許文献１に記載の方法では、離鍵に応答して楽音発生するという新たな仕組みが必要になる。それだけでなく、通常楽音との連続性を保つために押鍵時間や通常楽音の音量等を管理し、それに応じて発生する効果音を制御する必要があるので、制御が複雑化し、かつ規模が大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、離鍵弦振動音や筐体共鳴音の微妙な音を再現することができる楽音発生装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決し、目的を達成するための本発明は、発音開始指示に応答して通常楽音信号および離鍵弦振動音信号にそれぞれ所定のエンベロープを付与して発生開始するとともに、離鍵弦振動音信号はカットオフ周波数を通常よりも十分に低くしておき、押鍵情報および操作子情報に基づいて出力される発音停止指示に応答して前記通常楽音信号および前記離鍵弦振動音信号を所定のエンベロープで減衰させ、低くしておいた離鍵弦振動音信号のカットオフ周波数を通常に戻すように構成し、前記離鍵弦振動音信号が前記通常楽音信号の波形データを利用して、バンドパスフィルタ等でフィルタ処理して生成される点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記バンドパスフィルタ等によるフィルタ処理が離鍵弦振動音発生用のすべてのチャンネルの信号の混合信号に対して行われる点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記バンドパスフィルタ等によるフィルタ処理が予定の音域毎に異なるフィルタ特性のフィルタによって行われる点に第３の特徴がある。

また、本発明は、押鍵情報に基づいて出力される発音開始指示に応答して通常楽音信号および筐体共鳴音信号をそれぞれ発生開始する点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記離鍵弦振動音または筐体共鳴音の同時発音数が、通常楽音の同時発音数よりも少なく設定されている点に第５の特徴がある。

また、本発明は、前記離鍵弦振動音発生手段の空きチャンネルが不足した場合は発音中の離鍵弦振動音信号の一つを停止し、前記筐体共鳴音発生手段の空きチャンネルが不足した場合は発音中の筐体共鳴音信号の一つを停止するとともに、該停止した離鍵弦振動音信号や筐体共鳴音信号と同時に発生開始した通常楽音信号の発音停止時の減衰時間を長くするように構成した点に第６の特徴がある。

また、本発明は、前記空きチャンネルの不足の判断を、前記発音指示手段によって出力された発音開始指示が出力された時点で行うようにした点に第７の特徴がある。

また、本発明は、空きチャンネルが不足した場合、停止する離鍵弦振動音信号や筐体共鳴音信号は、低音もしくは高音優先または後押し優先で決定する点に第８の特徴がある。

また、本発明は、離鍵弦振動音発生手段や筐体共鳴音発生手段が、予め設定した特定の鍵または鍵域について設けられている点に第９の特徴がある。

また、本発明は、前記発音停止指示に応答して減衰される前記離鍵弦振動音信号や筐体共鳴音信号の減衰時間を前記通常楽音信号の減衰時間よりも長くしたエンベロープを付与する手段を具備している点に第１０の特徴がある。

また、本発明は、筐体共鳴音波形データが、一自由度粘性減衰系モデルで合成されている点に第１１の特徴がある。

さらに、本発明は、離鍵弦振動音生成用に通常楽音波形を波形通常楽音波形格納手段から読み出し開始するポイントを先頭から後にずらすようにした点に第１２の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、押鍵時に、エンベロープが付与された通常楽音信号および離鍵弦振動音信号が生成される。しかし、離鍵弦振動音信号のカットオフ周波数を十分に低く下げているので押鍵時に実際に離鍵弦振動音が発音されることはなく、離鍵時にカットオフ周波数を通常に戻したときに、そこから離鍵弦振動音の発音が実際に開始される。このように離鍵時に波形データを読み出し開始して離鍵弦振動音を発生させるのではなく、予め押鍵時に通常楽音波形に基づいて離鍵弦振動音信号を生成しておくことによって、押鍵時から次第に変化していく振幅に応じた、実際に即した離鍵弦振動音を離鍵時に発生させることができる。したがって、離鍵までの押鍵時間や通常楽音の音量等を管理する必要がない。

また、発音停止指示は押鍵情報と操作子情報とに基づいて出力させられるので、離鍵時であっても、操作子としてのダンパーペダルが踏まれている場合は、発音停止指示が出力されないため、離鍵弦振動音を発生しないようにできる。そして、離鍵後にダンパー操作子の操作を停止したときは、その時点で発音停止指示が出力されるので、離鍵弦振動音を発生させることができる。アコースティックピアノでも、離鍵後ダンパーペダルをオフにするとダンパーが振動弦に触れるので弦振動音が発生するので、第１の特徴による模擬はアコースティックピアノの音の模擬に適している。

また、離鍵弦振動音信号が通常楽音波形を利用してバンドパスフィルタ等でフィルタ処理して形成されるので、離鍵弦振動音信号を発生する離鍵弦振動音波形を予め格納しておく必要がなくなり、波形メモリの領域を削減することができる。

第２の特徴を有する本発明によれば、離鍵弦振動音信号生成手段としてのバンドパスフィルタ等を、複数の離鍵弦振動音発生チャンネルに一つだけ設ければよいので、さらに回路規模を縮小することができる。

第３の特徴を有する本発明によれば、音域毎にフィルタ特性の異なるフィルタを選択して音域に適合した離鍵弦振動音を発生することができる。

第４の特徴を有する本発明によれば、押鍵時に通常楽音信号および筐体共鳴音信号が発生される。アコースティックピアノでは筐体共鳴音は押鍵時から小さいレベルで発生しており、第４の特徴によれば、この筐体共鳴音を模擬できる。

第５の特徴によれば、楽音発生チャンネル数を多くしすぎない範囲で離鍵弦振動音や筐体共鳴音を模擬することができる。

第６の特徴によれば、離鍵弦振動音や筐体共鳴音発生用のチャンネル数が不足した場合に、新たな発音開始指示を優先させ、発音中のものを一つ停止させる。そして停止させた離鍵弦振動音や筐体共鳴音に代えて通常楽音の発音停止時の減衰時間が長くなるようにパラメータを設定して模擬することができる。これによって、少ないチャンネル数を補完できる。

第７の特徴によれば、チャンネル数の不足は発音開始指示の出力時に判断して、通常楽音信号の減衰時間を長く設定しておくことができる。

第８の特徴によれば、弦振動の振幅が大きい低音や筐体共鳴音の目立つ高音、または最新の発音が優先される。弦振動の振幅が小さい高音域や最先に発音開始された音は、大きい離鍵弦振動音や筐体共鳴音を発生させないためである。

第９の特徴によれば、例えば、押音域にダンパーが設けられていないアコースティックピアノに適合させて、高音域には離鍵弦振動音発生手段を設けないようにできる。

第１０の特徴によれば、離鍵弦振動音信号や筐体共鳴音信号による減衰音を通常楽音が減衰し終わった後も維持させて、アコースティックピアノを高い精度で模擬できる。

第１１の特徴を有する本発明によれば、一自由度粘性減衰系モデルを使用して作成した筐体共鳴音波形データにより押鍵時に筐体共鳴音を発生させることができる。

第１２の特徴によれば、通常楽音波形データの先頭部分つまり押鍵時の衝撃音を排除したループ部分のみを読み出すことにより、通常楽音の立ち上がり部の影響が少ない離鍵弦振動音を得ることができる。

以下、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発生装置の一例である電子ピアノのハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、ＣＰＵ１は、システムバス２を介して図中に示した各部を制御する。システムバス２は、アドレスバス、データバスおよび制御信号ラインからなる。ＲＯＭ３はＣＰＵ１で用いられるプログラムを記憶するプログラムメモリ３ａや少なくとも音色データを含む各種データを記憶するデータメモリ３ｂを有している。ＲＡＭ４はＣＰＵ１による制御において発生する各種のデータ等を一時的に記憶する。

この電子ピアノには、操作パネル（以下、単に「パネル」と呼ぶ）５、ＭＩＤＩインタフェース６、およびダンパーペダル（以下、単に「ペダル」と呼ぶ）７が設けられる。パネル５は、発生すべき楽音の音色を選択する音色スイッチ５ａを含む各種状態設定のためのスイッチ等によって構成され、このパネル５から設定された情報はＣＰＵ１に供給される。ペダル７には、例えば可変抵抗器からなるペダルセンサ７ａが設けられており、ペダル７の操作（踏込）状態で変化する可変抵抗器の抵抗値に応じた電圧信号が、ペダル７の踏み込み量を表すペダル情報としてＣＰＵ１に入力される。ＣＰＵ１はペダル情報を入力された場合、ＲＡＭ４上に設けられる共鳴設定フラグを「１」にセットする。そして、ペダル情報によって、ＣＰＵ１がペダル７の踏み込み量が「０」になったと判断したときは、前記共鳴設定フラグは、「０」にリセットされる。

鍵盤８はＡ０〜Ｃ８までの８８鍵からなり、図示しない鍵盤スキャン回路によって鍵盤８の各鍵の押鍵情報が検出される。各鍵にはそれぞれタッチセンサつまりキースイッチ８ａが設けられる。キースイッチ８ａは、演奏者の鍵盤８に対する演奏操作を検出して、押鍵された鍵の音高を示すキーコードＫＣや、押鍵・離鍵に対応して楽音の発生・消音タイミングを指示するキーオンＫＯＮ・キーオフＫＯＦＦ、押鍵速度に対応するキータッチＫＴなどの押鍵情報を出力する。キースイッチ８ａから出力される情報はシステムバス２を介してＣＰＵ１に供給される。

楽音発生部９は、同時に複数の発音を行なうため時分割制御される複数のチャンネルを備えたトーンジェネレータであり、複数のチャンネルすべての出力信号を累算して出力する。楽音発生部９では、押鍵操作によって割り当てられたいずれかのチャンネルを使用して押鍵操作に対応する通常楽音および筐体共鳴音、並びに離鍵操作やペダル操作に対応する離鍵弦振動音が生成される。

波形メモリ１０には、通常楽音および筐体共鳴音の波形データが記憶されている。通常楽音の波形データは、録音されるか波形合成されるかした楽音波形の周波数情報および振幅情報からなる、周知の手法により作成されたデータである。

一方、筐体共鳴音の波形データは、高音域の開放弦やフォアストリングスおよびバックストリングスの共鳴回路を設計し、通常楽音をこの共鳴回路に入力して得る。そして、この共鳴回路から出力される波形データをループ処理して波形メモリ１０に記憶する。共鳴回路は、そのインパルス応答を、倍音の振動波形の一自由度粘性減衰系モデルで模擬するように構成することができる。一自由度粘性減衰系モデルに関しては、本出願人による特願２００６−１１４６９号明細書および特願２００６−１１４７０号明細書をここに参照のため援用する。なお、筐体共鳴音の波形データはアコースティックピアノの、常時開放されている弦の近くにマイクロフォンを設置してサンプリングしてもよい。

楽音発生部９は、波形メモリ１０に記憶されている波形データをキーコードＫＣに応じたピッチで読み出し、該波形データに基づいて、通常楽音の楽音信号と筐体共鳴音の楽音信号とを生成するとともに、通常楽音の波形データをバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）でフィルタ処理して離鍵弦振動音の楽音信号を生成する。

通常楽音、離鍵弦振動音、および筐体共鳴音の楽音信号は合成されてＤＡ変換器１２でアナログ信号に変換され、サウンドシステム１３に入力される。サウンドシステム１３は、アンプやスピーカ等から構成されており、ＤＡ変換器１２の出力信号を電子ピアノの出力として外部に発音させる。

図１は、楽音発生部９の要部構成を示すブロック図である。通常楽音波形記憶部（通常楽音波形格納手段）１５および筐体共鳴音波形記憶部（筐体共鳴音波形格納手段）１７は、波形メモリ１０内に設定される波形データの格納領域である。通常楽音波形記憶部１５には通常楽音データが予め格納され、筐体共鳴音波形記憶部１７には筐体共鳴音波形データが予め格納される。

これらの波形データのうち、通常楽音波形データは、波形読み出し部１８および１９によって読み出される。波形読み出し部１８で読み出された通常楽音波形データはデジタルフィルタ２１を経て乗算部２４に入力される。

一方、波形読み出し部１９で読み出された通常楽音波形データは、離鍵弦振動音信号生成手段である前段の離鍵弦振動音生成デジタルフィルタ（バンドパスフィルタ）３３と後段のデジタルフィルタ２２を経て乗算部２５に入力される。また、筐体共鳴音波形データは、波形読み出し部２０で読み出されて、デジタルフィルタ２３を経て乗算部２６に入力される。乗算部２４、２５、２６の後段には加算器（加算手段）２７が設けられる。

複数のフィルタ手段としてのデジタルフィルタ２１、２２、２３は、押鍵されたキー（キーナンバとキータッチ）に応じて、入力された各波形データを所定のカットオフ周波数に従ってフィルタ処理し、高調波成分や倍音成分を調整する。また、デジタルフィルタ２１、２２、２３は音色スイッチにより音色を制御する周知の機能を有する。

バンドパスフィルタ３３は通常楽音波形データから離鍵弦振動音の波形データを形成するための離鍵弦振動音信号生成フィルタであり、通常楽音波形データから低次倍音と高次倍音を削除して中帯域を強調させるバンドパスフィルタで構成できる。なお、バンドパスフィルタに代えて有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲ）を使用することができる。

波形読み出し部１８、デジタルフィルタ２１、および乗算部２４は通常楽音信号生成手段を構成し、波形読み出し部２０、デジタルフィルタ２３、および乗算部２６は筐体共鳴音信号生成手段を構成する。

発音指示部３１は、押鍵情報と操作子情報つまりペダルの踏み込み状態を示すＲＡＭ４上の共鳴設定フラグの値とに基づいて、読み出し制御部２８、フィルタ制御部２９、およびレベル制御部３０に発音開始指示を与える。

発音指示部２８は、キーオンＫＯＮに応答して読み出し制御部２８に発音指示を与える。読み出し制御部２８は、発音指示に従って波形読み出し部１８、１９、２０のそれぞれに読み出し指令を与える。

フィルタ制御部２９は、発音指示部３１から送出される発音開始指示または発音停止指示に基づいて、通常楽音および筐体共鳴音に対応してそれぞれ設けられるデジタルフィルタ２１および２３のカットオフ周波数を制御する。これらのカットオフ周波数は発音開始時から通常に高く設定される。

また、フィルタ制御部２９は、発音指示部３１から送出される発音開始指示または発音停止指示に基づいて、離鍵弦振動音に対応して設けられるデジタルフィルタ２２のカットオフ周波数を制御する。デジタルフィルタ２２のカットオフ周波数は、発音開始時に通常よりも十分に低くし、発音停止時には通常に戻される。カットオフ周波数が通常に戻されると、その時点でバンドパスフィルタ３３から出力されている離鍵弦振動音信号によって離鍵弦振動音が発生する。

レベル制御部３０は、デジタルフィルタ２１、２２、２３から出力された波形データにエンベロープを付与するためのエンベロープデータを決定し、乗算部２４、２５、２６にそれぞれ入力する。エンベロープデータは、押鍵情報に基づいて決定され、離鍵後は、さらにペダル７の状態によって通常楽音、離鍵弦振動音、および筐体共鳴音を、それぞれに関して予め設定されている減衰速度で減衰させるためのエンベロープデータを決定する。

離鍵時にペダル７がオフであれば、通常楽音、離鍵弦振動音および筐体共鳴音毎に異なる特有の減衰速度で減衰するようにエンベロープデータが決定される。離鍵時にペダル７がオンの場合は、ダンパーが上がっていて弦に接触しないので、通常楽音、筐体共鳴音および離鍵弦振動音のエンベロープデータは変更せずに、発音が継続される。

デジタルフィルタ２１、２２、２３で処理された波形データは乗算部２４、２５、２６でそれぞれレベル調整された後、加算部２７で合成され、前記ＤＡ変換器１２（図２参照）に入力される。

発音数監視部３２は、通常楽音、離鍵弦振動音、および筐体共鳴音のそれぞれについて発音数を監視しており、この発音数に応じてチャンネル割り当てが行われる。本実施形態では、通常楽音用のチャンネル数よりも、離鍵弦振動音や筐体共鳴音が使用できるチャンネル数を少なく設定してある。すなわち、離鍵弦振動音発生手段の同時発音数が、通常楽音発生手段の同時発音数よりも少なく設定されている。例えば、通常楽音には５０チャンネル、離鍵弦振動音および筐体共鳴音にはそれぞれ１０チャンネルずつ割り当てられるようにしておく。そして、これらのチャンネル数よりも発音数が多くなった場合には、予定の基準に従ってどれかを消音する。この消音により発音されなくなる離鍵弦振動音や筐体共鳴音を模擬するために、消音された音に対応する通常楽音の減衰時間を長くする処理を行う。

図１に示した波形読み出し部１９、バンドパスフィルタ３３、デジタルフィルタ２２、および乗算部２５は全ての鍵に対応して設けることはなく、特定の鍵または鍵域に設けるようにするのが望ましい。例えば、ダンパーが設けられることがない高音域には、離鍵弦振動音発生手段は設けないでよい。

図３は、本実施形態に係る発音のタイミングチャートである。図３を参照して図１の構成に基づく動作を説明する。発音指示は、押鍵情報および操作子情報に基づいて出力される。押鍵情報のキーオンＫＯＮに応答して発音指示がオンになり、押鍵情報のキーオフＫＯＦＦおよび操作子情報によるペダル７のオフが検出されたときに発音指示はオフになる。発音指示がオフになると発音が停止され、減衰が開始される。

発音指示のオンに応答して、通常楽音波形記憶部１５からデジタルフィルタ２１およびバンドパスフィルタ３３に通常楽音波形データが読み出される。バンドパスフィルタ３３に読み出された通常音波形データをフィルタリングして形成した離鍵弦振動音の波形データはデジタルフィルタ２２に入力される。また、発音指示のオンに応答して筐体共鳴音波形記憶部１７からデジタルフィルタ２３に筐体共鳴音波形データが読み出される。通常楽音、離鍵弦振動音、および筐体共鳴音は、乗算部２４，２５，２６により、図３に示すエンベロープに従ってレベル変化し、発音指示のオフに応答して所定の減衰速度で減衰するようにエンベロープデータが設定されて減衰する。

ここで、離鍵弦振動音に対応するデジタルフィルタ２２のカットオフ周波数は、発音指示のオンに応答して通常よりも十分に低く設定され、発音指示のオフを条件に通常に戻される。したがって、読み出された離鍵弦振動音の波形データは、このカットオフ周波数により、通常楽音の発音中はデジタルフィルタ２２から出力されない。発音指示のオフによりカットオフ周波数が通常に戻されると、その時点で読み出されている離鍵弦振動音のレベルで発音開始され、減衰速度に基づいて音は減衰される。

実際に放音される離鍵弦振動音の波形を図３中の下から２段目に示す。発音指示のオフによってカットオフ周波数が通常に戻されたときに放音波形は立ち上がり始めるので、放音レベルが十分大きくなるまでに少し遅延がある。しかし、離鍵弦振動音の放音レベルは、通常音レベルがゼロになるまでに大きくなるので、実際上問題にならない。なお、離鍵弦振動音の減衰時間Ｔ１が通常楽音の減衰時間Ｔ０よりも長くなるように減衰速度を設定しているので、通常楽音が減衰した後も離鍵弦振動音は時間（Ｔ１−Ｔ０）の間減衰を続けていて、微妙に発音されている。

アコースティックピアノでは、押鍵し、すぐに離鍵した場合は、押鍵直後の弦振動が大きい状態でダンパーが弦に触れるので、離鍵弦振動音は大きく、倍音も多く含んでいる。一方、押鍵後しばらくしてから離鍵した場合、弦振動が小さくなっている状態でダンパーが弦に触れるので、離鍵弦振動音は小さく、倍音も少ない。つまり、離鍵弦振動音は離鍵タイミングによって変化する。

これに対して、押鍵と同時に通常楽音波形データに基づいて形成されている離鍵弦振動音の波形データは実際の発音には供されていないが、押鍵後の時間経過に伴って変化している。したがって、離鍵するタイミングに応じた最適な波形データで離鍵弦振動音を発生することができ、レベル制御部３０の制御で減衰時間も制御される。アコースティックピアノでは、押鍵からかなり時間が経過してから離鍵する場合は、弦の振動がかなり小さくなり離鍵でダンパが弦に触れても離鍵弦振動音はほとんど発生しない。本実施形態によれば、このような場合の状態を再現できる。

なお、離鍵弦振動音を発生させるために波形読み出し部１９に通常楽音波形データを読み出す際に、通常楽音発生のために波形読み出し部１８に通常楽音波形データを読み出すのと同様に波形データの先頭から読み出すのではなく、読み出し開始ポイントを先頭から少し進んだ位置にしてもよい。押鍵時の衝撃音は離鍵弦振動音の形成に不要だからである。こうして、通常楽音波形の立ち上がりの音色変化が大きい部分を避け、弦振動音が安定している波形データの後部を読み出すことにより、バンドパスフィルタ３３でフィルタリング処理したときに、実際の離鍵弦振動音により一層近似した波形を得ることができる。また、通常楽音波形データのループ部分のみをバンドパスフィルタ３３に読み出すようにしてもよい。

筐体共鳴音のカットオフ周波数は、通常楽音と同様、押鍵から通常レベルに設定されているので、図３に示したように、押鍵時から通常楽音よりも小さいレベルで発音される。減衰時間Ｔ２は通常楽音の減衰時間Ｔ０よりも長くなるように減衰速度を設定しているので、通常楽音減衰後も筐体共鳴音は時間（Ｔ２−Ｔ０）の間維持される。

なお、筐体共鳴音は押鍵から常に発生させておくのではなく、離鍵弦振動音と同様、押鍵によってデジタルフィルタ２３のカットオフ周波数を十分に低くし、離鍵時にこれを通常の高い値に戻すようにしてもよい。離鍵時に筐体共鳴音が発音開始することで筐体共鳴音の強調効果を高めることができる。

図３の通常楽音のエンベロープ（通常楽音レベル）のうち、発音停止指示の後の減衰状態を示す点線は、離鍵弦振動音発生手段の空きチャンネルや筐体共鳴音発生手段の空きチャンネルがない場合に長くした通常楽音の減衰時間に対応するものである。この長くした通常楽音の減衰時間により、空きチャンネルがない場合の、離鍵弦振動音や筐体共鳴音の模擬を可能にしている。

次に、発音数監視部３２による発音数に応じたトランケート処理を含む鍵盤イベントの処理をフローチャートを参照して説明する。まず、図４は全体処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＣＰＵ１、ＲＡＭ４、音源ＬＳＩ（ＤＳＰ）等を初期化する。ステップＳ２では、パネル５のスイッチ等の状態を読み込んで対応の処理を行うパネルイベント処理を行う。ステップＳ３では、キースイッチ８ａの出力に基づいて通常音の楽音信号を発生する鍵盤イベント処理を実行する。鍵盤イベント処理にはキータッチＫＴに応じたエンベロープの設定も含まれる。

ステップＳ４では、ペダルセンサ７ａの出力に対応したペダルイベント処理が行われる。なお、ペダルイベント処理には、ペダル（ダンパーペダル）以外のペダルの処理を含むことができる。ステップＳ５では、その他の処理が行われる。

図５および図６は、鍵盤イベント処理（ステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。図５および図６において、通常楽音バッファ、離鍵弦振動音バッファ、および筐体共鳴音バッファは、それぞれ、通常楽音、離鍵弦振動音、および筐体共鳴音のエンベロープやデジタルフィルタのカットオフ周波数、波形メモリ１０のアドレス等を一時保存するＲＡＭの領域であり、発音停止時の減衰速度もこれらに保存されている。

まず、図５のステップＳ１０ではキーオンＫＯＮの有無により鍵盤８のオンイベントの有無つまり押鍵の有無を判断する。オンイベントならばステップＳ１１に進み、通常楽音の発音中チャンネル数を計数するカウンタｐをインクリメントする。ステップＳ１２では、発音中チャンネル数ｐが通常楽音の最大発音チャンネル数ｐｍ以上か否かを判断する。

ステップＳ１２が肯定ならば、空きチャンネルがないと判断され、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、チャンネルを空けるために、発音中の通常楽音のうち一つのチャンネル割り当てを解除するトランケート処理を行う。このトランケート処理の対象は、例えば、後押し優先とし、発音時間の長いチャンネルから順に開放される。ステップＳ１４では、チャンネルの開放に対応してカウンタｐをデクリメントし、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１２が否定ならば、空きチャンネルがあると判断され、チャンネルを空ける必要がないので、ステップＳ１３，Ｓ１４はスキップしてステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１０のオンイベントに対応した（通常楽音発生のための）通常楽音データを、データメモリ３ｂから通常楽音バッファに読み出す。

ステップＳ１６では、離鍵弦振動音の発音中チャンネル数を計数するカウンタｑをインクリメントする。ステップＳ１７では、発音中チャンネル数ｑが離鍵弦振動音の最大発音チャンネル数ｑｍ以上か否かを判断する。

ステップＳ１７が肯定ならば、空きチャンネルがないと判断され、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、チャンネルを空けるために、発音中の離鍵弦振動音のうち一つを発音停止するトランケート処理を行う。このトランケート処理の対象は、例えば、後押し優先または低音優先のうち予め設定された方とする。低音優先とするのは、低音の方が弦振動の振幅が大きく弦振動音が顕著だからである。

ステップＳ１９では、チャンネルの開放に対応してカウンタｑをデクリメントする。ステップＳ２０では、トランケートされた弦振動音に対する通常楽音バッファに設定されている減衰時間を書き換えて長くし、ステップＳ２１に進む。

ステップＳ１７が否定ならば、空きチャンネルがあると判断され、チャンネルを空ける必要がないので、ステップＳ１８〜Ｓ２０はスキップしてステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１では、ステップＳ１０のオンイベントに対応した離鍵弦振動音データをデータメモリ３ｂから離鍵弦振動音バッファに読み出す。

ステップＳ２２では、筐体共鳴音の発音中チャンネル数を計数するカウンタｒをインクリメントする。ステップＳ２３では、発音中チャンネル数ｒが筐体共鳴音の最大発音チャンネル数ｒｍ以上か否かを判断する。

ステップＳ２３が肯定ならば、空きチャンネルがないと判断され、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、チャンネルを空けるために、発音中の筐体共鳴音のうち一つのチャンネル割り当てを解除するトランケート処理を行う。この筐体共鳴音のトランケート処理の対象は、例えば、後押し優先または高音優先とする。アコースティックピアノにおいて、筐体共鳴音は高音側でよく聞こえるからである。ステップＳ２５では、チャンネルの開放に対応してカウンタｒをデクリメントする。ステップＳ２６では、トランケートされた共鳴音に対する通常楽音バッファに設定されている減衰時間を書き換えて長くし、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２３が否定ならば、空きチャンネルがあると判断され、チャンネルを空ける必要がないので、ステップＳ２４〜Ｓ２６はスキップしてステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７では、ステップＳ１０のオンイベントに対応した筐体共鳴音データをデータメモリ３ｂから筐体共鳴音バッファに読み出す。

ステップＳ２３が否定ならば、空きチャンネルがあると判断されるので、ステップＳ２４〜Ｓ２６はスキップしてステップＳ２７に移行し、空きチャンネルに筐体共鳴音バッファから離鍵弦振動音発生のためのデータを読み出す。

図６のステップＳ２８では、通常楽音波形記憶部１５に読み出された波形データを使用して、図１に関して説明した構成と動作により通常楽音発音処理を行う。同様に、ステップＳ２９では、通常楽音波形記憶部１５に読み出された波形データから生成された離鍵弦振動音波形データを使用して離鍵弦振動音の発音処理を行い、ステップＳ３０では、筐体共鳴音波形記憶部１７に読み出された波形データを使用して筐体共鳴音の発音処理を行う。

また、図５のステップＳ１０の判断が否定の場合は、図６のステップＳ３１に進み、キーオフＫＯＦＦの有無により鍵盤８のオフイベントの有無つまり離鍵の有無を判断する。離鍵ならば、ステップＳ３２に進んで操作子情報に基づいてペダル７がオンか否かが判断される。ペダル７がオンでなければ、ステップＳ３３に進んで離鍵に対応する通常楽音の消音処理を行う。ステップＳ３４は離鍵に対応する離鍵弦振動音の消音処理を行う。ステップＳ３５では、離鍵に対応する筐体共鳴音の消音処理を行う。

図７は、本発明の第２実施形態に係るブロック図であり、同符号は同一または同等部分を示す。この第２実施例では、離鍵弦振動音作成用に読み出した通常楽音波形データをフィルタ処理した後にレベル制御し、このレベル制御された波形データをすべてのチャンネル分加算混合する。そして、この加算混合した波形データを離鍵弦振動音生成フィルタとしてのバンドパスフィルタでフィルタ処理して離鍵弦振動音信号を作成する。

図７において、デジタルフィルタ２１および乗算部２４からなる第１の通常楽音信号生成手段には、波形読み出し部１８によって通常楽音波形記憶部１５から通常楽音波形が読み出される。この通常楽音波形はデジタルフィルタ２１でフィルタ処理され、乗算部２４でエンベロープが付与される。乗算部２４の出力側に設けられる加算部３４は、乗算部２４から出力された通常楽音信号と、通常楽音信号発生用の他のすべてのチャンネルからの通常楽音信号を加算混合する。

デジタルフィルタ２３および乗算部２６からなる筐体共鳴音信号生成手段には、波形読み出し部２０によって筐体共鳴音波形記憶部１７から筐体共鳴音波形が読み出される。この筐体共鳴音波形はデジタルフィルタ２３でフィルタ処理され、乗算部２６でエンベロープが付与される。乗算部２６の出力側に設けられる加算部３６は、乗算部２６から出力された筐体共鳴音信号と、筐体共鳴音信号発生用の他のすべてのチャンネルからの筐体共鳴音信号を加算混合する。

デジタルフィルタ２２および乗算部２５からなる第２の通常楽音信号生成手段には、第１の通常楽音波形手段と同様、波形読み出し部１９によって通常楽音波形記憶部１５から通常楽音波形が読み出される。しかし、この第２の通常楽音信号生成手段では、デジタルフィルタ２２でフィルタ処理され、乗算部２５でエンベロープが付与された通常楽音信号が、セレクタ３７に入力される。セレクタ３７は、予め設定された複数の音域のいずれに属する鍵が弾かれたかによって該音域に対応する離鍵弦振動音信号生成フィルタとしての複数のバンドパスフィルタ３８（３８-1、３８-2、…３８-n）から一つを選択する。各バンドパスフィルタ３８-1、３８-2、…３８-nの入力側には加算部３５（３５-1、３５-2、…３５-n）が設けられる。加算部３５は、離鍵弦振動音発生用のすべてのチャンネルの信号を加算混合する。バンドパスフィルタ３８の出力側は加算部３９の入力側に接続される。加算部３９の出力側は全楽音混合手段である加算部２７の入力側に接続され、加算部２７では、通常楽音信号、離鍵弦振動音信号、および筐体共鳴音信号が加算される。

図７に示した第１および第２の通常楽音信号生成手段と筐体共鳴音信号生成手段とセレクタ３７とは、各チャンネル毎に設けられる。図示しない他のチャンネルに設けられるセレクタからの通常楽音信号は加算部３５に入力され、図示しない他のチャンネルに設けられる第１の通常楽音信号生成手段からの通常楽音信号は加算部３４に入力される。また、図示しない他のチャンネルに設けられる筐体共鳴音信号生成手段からの筐体共鳴音信号は加算部３６に入力される。

複数のバンドパスフィルタ３８-1〜３８-nは、デジタルフィルタで構成でき、それぞれ固定された、互いに異なるフィルタ特性（中心周波数と帯域幅）を有する。このように異なる特性のバンドパスフィルタを複数設けるのは、音域毎に最適な離鍵弦振動音波形データを作成するためであり、そのために、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ)選択部４０を設ける。バンドパスフィルタ選択部４０は、発音指示部３１から入力されるキーナンバに基づいて、予定の音域毎にバンドパスフィルタ３８の一つを選択する指示をセレクタ３７に入力する。

バンドパスフィルタ３８を、各チャンネルの信号混合後に固定的に設けることにより、各チャンネルの信号を混合する前にバンドパスフィルタを設けるのと比べて、バンドパスフィルタの数を減らすことができる。なお、バンドパスフィルタ３８の数は、設定した音域によるので、音域を一つに設定した場合はバンドパスフィルタ３８は一つでよく、その場合はバンドパスフィルタ選択部４０やセレクタ３７は省略してもよい。

なお、上記各実施形態では楽音発生装置として電子ピアノを例に挙げて説明しているが、本発明は電子ピアノにのみ限定されるものではなく、鍵盤を有し、ペダル操作で効果音を付与する他の電子楽器にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で同様に適用することができる。

本発明の実施形態に係る楽音発生装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る楽音発生装置のハード構成部分を示すブロック図である。 楽音発生装置のタイミングチャートである。 楽音発生装置のメイン処理を示すフローチャートである。 鍵盤イベント処理（その１）を示すフローチャートである。 鍵盤イベント処理（その２）を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る楽音発生装置の要部機能を示すブロック図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ、 ７…ダンパーペダル、 ７ａ…ペダルセンサ、 ８…鍵盤、 ８ａ…キーススイッチ、 １０…波形メモリ、 １５…通常楽音波形記憶部、 １７…筐体共鳴音波形記憶部、 ２１，２２，２３…デジタルフィルタ、 ２７…加算部、 ２９…フィルタ制御部、 ３０…レベル制御部、 ３１…発音指示部、 ３２…発音数監視部、 ３３…バンドパスフィルタ、 ３８…バンドパスフィルタ

Claims (21)

1. 押鍵情報に基づいて発音開始指示を出力し、押鍵情報および操作子情報に基づいて発音停止指示を出力する発音指示手段と、
   通常楽音波形を格納した通常楽音波形格納手段と、
   前記通常楽音波形を使用して通常楽音信号を生成する通常楽音信号生成手段と、
   前記通常楽音波形をフィルタ処理して離鍵弦振動音信号を生成する離鍵弦振動音信号生成フィルタを含む離鍵弦振動音信号生成手段と、
   前記通常楽音信号および離鍵弦振動音信号がそれぞれ入力される通常楽音用フィルタおよび離鍵弦振動音用フィルタと、
   前記通常楽音用フィルタおよび離鍵弦振動音用フィルタの出力に対してそれぞれのレベル制御を行うレベル制御手段と、
   前記レベル制御手段でレベル制御を行った信号を加算する加算手段とを具備し、
   前記発音開始指示に応答して前記離鍵弦振動音用フィルタによる前記離鍵弦振動音信号のカットオフ周波数を十分に低くして前記通常楽音波形格納手段から前記離鍵弦振動音信号生成フィルタへの通常楽音波形の読み出しを開始するとともに、
   前記発音停止指示に応答し、前記十分に低くしたカットオフ周波数を引き上げ、かつ前記通常楽音信号および前記離鍵弦振動音信号を所定のエンベロープで減衰するように構成したことを特徴とする楽音発生装置。
2. 押鍵情報に基づいて発音開始指示を出力し、押鍵情報および操作子情報に基づいて発音停止指示を出力する発音指示手段と、
   通常楽音波形を格納した通常楽音波形格納手段と、
   前記通常楽音波形をフィルタ処理し、かつエンベロープを付与して通常楽音信号を生成する第１の通常楽音信号生成手段と、
   前記通常楽音波形をフィルタ処理し、かつエンベロープを付与して通常楽音信号を生成する第２の通常楽音信号生成手段と、
   予め設定された複数の音域に対応して設けられ、前記第２の通常楽音信号生成手段で生成されたすべてのチャンネルの通常楽音信号を加算する通常楽音信号混合手段、および該通常楽音信号混合手段で加算された通常楽音信号から離鍵弦振動音信号を生成するための、音域毎にフィルタ特性を異ならせた離鍵弦振動音信号生成フィルタからなる離鍵弦振動音信号生成手段と、
   発音開始指示に含まれるキーナンバに基づいて決定された音域に対応する前記離鍵弦振動音信号生成手段に前記第２の通常楽音信号生成手段で生成された通常楽音信号を入力する選択手段と、
   前記第１の通常楽音信号生成手段から出力された通常楽音信号および前記離鍵弦振動音信号生成手段から出力された離鍵弦振動音信号を加算する楽音信号混合手段とを具備し、
   前記発音開始指示に応答し、前記第２の通常楽音信号生成手段におけるフィルタ処理で通常楽音信号のカットオフ周波数を十分に低く設定して前記通常楽音波形格納手段から前記第２の通常楽音信号生成手段への通常楽音波形の読み出しを開始するとともに、
   前記発音停止指示に応答し、前記十分に低くしたカットオフ周波数を引き上げ、かつ前記通常楽音信号および前記離鍵弦振動音信号を所定のエンベロープで減衰するように構成したことを特徴とする楽音発生装置。
3. 押鍵情報に基づいて発音開始指示を出力し、押鍵情報および操作子情報に基づいて発音停止指示を出力する発音指示手段と、
   通常楽音波形を格納した通常楽音波形格納手段と、
   前記通常楽音波形をフィルタ処理して通常楽音信号を生成する通常楽音用フィルタを含む通常楽音信号生成手段と、
   前記通常楽音用フィルタの出力信号にエンベロープを付与する通常楽音エンベロープ付与手段と、
   前記通常楽音波形をフィルタ処理して離鍵弦振動音信号を生成する離鍵弦振動音信号生成フィルタを含む離鍵弦振動音信号生成手段と、
   前記離鍵弦振動音信号をフィルタ処理する離鍵弦振動音用フィルタと、
   前記離鍵弦振動音用フィルタの出力信号にエンベロープを付与する離鍵弦振動音エンベロープ付与手段と、
   前記通常楽音エンベロープ付与手段および前記離鍵弦振動音エンベロープ付与手段の出力信号を加算して楽音信号を発生する加算手段とを具備し、
   前記発音開始指示に応答して前記離鍵弦振動音用フィルタのカットオフ周波数を、前記通常楽音用フィルタに設定される通常のカットオフ周波数より十分に低く設定して、前記通常楽音波形格納手段から通常楽音波形の読み出しを開始するとともに、
   前記発音停止指示に応答して前記離鍵弦振動音用フィルタのカットオフ周波数を前記通常のカットオフ周波数に設定し、かつ前記通常楽音用フィルタおよび前記離鍵弦振動音用フィルタの出力信号を所定のエンベロープで減衰するように構成したことを特徴とする楽音発生装置。
4. 前記離鍵弦振動音信号生成フィルタが、バンドパスフィルタからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
5. 前記離鍵弦振動音信号生成フィルタが、有限インパルス応答フィルタからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
6. 前記離鍵弦振動音信号生成手段の同時発音数が、前記通常楽音信号生成手段の同時発音数よりも少なく設定されていることを特徴とする請求項１または３に記載の楽音発生装置。
7. 前記離鍵弦振動音信号生成手段用の空きチャンネルが不足した場合、発音中の離鍵弦振動音信号の一つを停止するとともに、該停止した離鍵弦振動音信号と同時に発生開始した通常楽音信号の発音停止時の減衰時間を長くするため減衰時間に関する前記通常楽音信号生成手段の設定データを変更することを特徴とする請求項１または３に記載の楽音発生装置。
8. 前記空きチャンネルの不足の判断を、前記発音指示手段によって出力された発音開始指示が出力された時点で行うように構成されたことを特徴とする請求項７記載の楽音発生装置。
9. 空きチャンネルが不足した場合、発音中の離鍵弦振動音信号のうち、最も高音の離鍵弦振動音信号および最先に発音開始指示された離鍵弦振動音信号のいずれか一方を停止するように構成されたことを特徴とする請求項７または８記載の楽音発生装置。
10. 前記離鍵弦振動音信号生成フィルタによるフィルタ処理が、予め設定した特定の鍵または鍵域での押鍵について行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
11. 前記発音停止指示に応答して減衰される前記離鍵弦振動音信号の減衰時間を前記通常楽音信号の減衰時間よりも長くしたエンベロープを付与するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
12. 筐体共鳴音波形を格納した筐体共鳴音波形格納手段と、
    前記筐体共鳴音波形を使用して筐体共鳴音信号を生成する筐体共鳴音信号生成手段と、
    前記筐体共鳴音信号が入力される筐体共鳴音フィルタ手段とを具備し、
    前記レベル制御手段が、さらに前記筐体共鳴音フィルタ手段の出力に対してレベル制御を行い、
    前記加算手段には、前記レベル制御手段でレベル制御された前記筐体共鳴音フィルタ手段から出力される信号がさらに入力されるとともに、
    前記発音開始指示に応答して、前記通常楽音波形格納手段および前記筐体共鳴音波形格納手段から通常楽音波形および筐体共鳴音波形をそれぞれ読み出し開始するように構成したことを特徴とする請求項１記載の楽音発生装置。
13. 筐体共鳴音波形を格納した筐体共鳴音波形格納手段と、
    前記筐体共鳴音波形を使用して筐体共鳴音信号を生成する筐体共鳴音信号生成手段とを具備し、
    前記楽音信号混合手段には、前記筐体共鳴音信号生成手段から出力される信号がさらに入力されるとともに、
    前記発音開始指示に応答して、前記通常楽音波形格納手段および前記筐体共鳴音波形格納手段から通常楽音波形および筐体共鳴音波形をそれぞれ読み出し開始するように構成したことを特徴とする請求項２記載の楽音発生装置。
14. 前記筐体共鳴音信号生成手段の同時発音数が、前記通常楽音信号生成手段の同時発音数よりも少なく設定されていることを特徴とする請求項１２記載の楽音発生装置。
15. 前記筐体共鳴音信号生成手段の空きチャンネルが不足した場合、発音中の筐体共鳴音信号の一つを停止するとともに、該停止した筐体共鳴音信号と同時に発生開始した通常楽音信号の発音停止時の減衰時間を長くするため通常楽音の減衰時間に関する設定データを変更することを特徴とする請求項１２または１３記載の楽音発生装置。
16. 前記空きチャンネルの不足の判断を、前記発音指示手段によって出力された発音開始指示が出力された時点で行うように構成されたことを特徴とする請求項１５記載の楽音発生装置。
17. 空きチャンネルが不足した場合、発音中の筐体共鳴音信号のうち、最も低音の筐体共鳴音信号および最先に発音開始指示された筐体共鳴音信号のいずれか一方を停止するように構成されたことを特徴とする請求項１５または１６記載の楽音発生装置。
18. 前記筐体共鳴音信号生成手段が、予め設定した特定の鍵または鍵域について設けられていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
19. 前記発音停止指示に応答して減衰される前記筐体共鳴音信号の減衰時間を前記通常楽音信号の減衰時間よりも長くしたことを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
20. 前記筐体共鳴音波形が、一自由度粘性減衰系モデルで合成されていることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか一つに記載の楽音発生装置。
21. 前記離鍵弦振動音信号を生成するために前記通常楽音波形格納手段から通常楽音波形の読み出しを開始するポイントを、通常楽音信号を生成するために前記通常楽音波形格納手段から通常楽音波形の読み出しを開始するポイントよりも後にずらすように構成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の楽音発生装置。

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