JP5935252B2 - Electronic keyboard instrument - Google Patents

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Description

本発明は、アコースティック鍵盤楽器の発生する音を模擬した楽音信号を生成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for generating a musical sound signal that simulates a sound generated by an acoustic keyboard instrument.

アコースティックピアノの発音機構に立脚した物理モデルにしたがって、シミュレーションを行うことにより、アコースティックピアノから発せられる音を模擬した楽音信号を合成する方法が知られている。例えば、特許文献1には、鍵の押込量に対応する演奏情報を取得して、ピアノから発生する音を模擬した楽音信号を生成する技術が開示されている。この技術によれば、鍵盤部の各鍵には押込量を表す情報を出力する鍵位置センサが設けられ、鍵の押込量を表す情報をアナログ形式からデジタル形式に変換した情報が定期的に出力され、出力される情報に基づいて楽音信号が生成される。   There is known a method of synthesizing a musical sound signal simulating a sound emitted from an acoustic piano by performing a simulation according to a physical model based on a sound generation mechanism of an acoustic piano. For example, Patent Document 1 discloses a technique for acquiring performance information corresponding to a key press amount and generating a musical sound signal that simulates a sound generated from a piano. According to this technique, each key of the keyboard unit is provided with a key position sensor that outputs information indicating the amount of pressing, and information obtained by converting the information indicating the amount of pressing of the key from an analog format to a digital format is periodically output. A musical tone signal is generated based on the output information.

この楽音信号の生成のための物理モデルの計算においては、ダンパの効き量、すなわちダンパによる弦の振動を抑制する程度(以下、ダンパ情報という)を、鍵の押込量に応じて変化させ、ダンパの効き量「e(nΔt)」に応じて決まるダンパの粘性係数に相当する量「b(nΔt)」を離散時間軸上で逐次変化させる。これにより、アコースティックピアノのダンパと同様に、自然で連続的な止音および弦共鳴の制御が可能となり、多彩な音楽的ニュアンスについても模擬した楽音信号を生成することができる。 In the calculation of the physical model for generating the musical sound signal, the damper effectiveness, that is, the degree to which the vibration of the string due to the damper is suppressed (hereinafter referred to as damper information) is changed according to the key depression amount, and the damper The amount “b D e D (nΔt)” corresponding to the viscosity coefficient of the damper determined according to the effect amount “e D (nΔt)” is sequentially changed on the discrete time axis. As a result, as with an acoustic piano damper, it is possible to control natural and continuous stop sound and string resonance, and to generate a musical sound signal simulating various musical nuances.

特開2011−013674号公報JP 2011-013674 A

特許文献1に記載されたように、鍵の押込量を連続的に検出して出力する鍵位置センサ、およびアナログ形式からデジタル形式に変換するためのAD変換器は、コストが比較的高いものである。そのため、鍵の押込量を連続的に検出するのではなく、鍵の可動範囲(以下、押鍵範囲という)の数箇所において検出するような構成にすると、鍵の位置(押鍵範囲における位置、以下同じ)を検出するためのセンサが簡易的な構成とすることができる。また、AD変換器も不要である場合が多い。そのため、低コスト化に寄与する。一方、押鍵範囲における検出位置が少なくなってくると、鍵の挙動の検出精度が下がり、ダンパの効き量についての精度の低下を招くことになってしまう。そのため、押鍵範囲における鍵の検出位置を少なくするほど、ダンパの効き量を反映した楽音信号を生成する装置には適用しづらい構成となってしまっていた。   As described in Patent Document 1, a key position sensor that continuously detects and outputs a key press amount and an AD converter for converting from an analog format to a digital format are relatively expensive. is there. For this reason, if the configuration is such that the key pressing amount is not continuously detected but is detected in several places in the movable range of the key (hereinafter referred to as the key pressing range), the key position (position in the key pressing range, The same can be applied to the sensor for detecting the same hereinafter. In many cases, an AD converter is also unnecessary. Therefore, it contributes to cost reduction. On the other hand, when the detection position in the key pressing range decreases, the detection accuracy of the key behavior decreases, and the accuracy of the damper effectiveness decreases. For this reason, as the key detection position in the key-pressing range is reduced, it has become difficult to apply to a device that generates a musical sound signal that reflects the effectiveness of the damper.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、押鍵に応じて楽音信号を生成する電子鍵盤楽器において、押鍵範囲における鍵の検出位置を少なくしても、楽音信号に反映させるダンパの効き量の精度の低下を抑えることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an electronic keyboard instrument that generates a musical tone signal in response to a key depression, even if the key detection position in the key depression range is reduced, it is reflected in the musical tone signal. It aims at suppressing the fall of the precision of the amount of effect of a damper.

上述の課題を解決するため、本発明は、鍵に対する操作に応じて発音体の振動を励起する作用体と当該操作に応じて当該発音体に力を及ぼして前記振動を抑制するダンパとを有するアコースティック鍵盤楽器から発生する音を模擬した楽音信号を生成する電子鍵盤楽器であって、操作に応じて予め決められた押鍵範囲で移動可能に設けられた鍵と、前記鍵を前記押鍵範囲における複数の検出位置において検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記鍵の状態変数を更新する状態変数更新手段と、前記作用体により前記発音体の振動を励起するためのパラメータを示す励起情報を出力する励起情報出力手段と、前記ダンパによる前記発音体の振動を抑制するためのパラメータを示すダンパ情報を出力するダンパ情報出力手段と、前記検出手段による検出結果と前記状態変数とに基づいて前記出力される励起情報を決定し、前記状態変数と、前記検出手段によって前記鍵が各検出位置において検出された時刻に基づいて、前記出力されるダンパ情報の変化態様を決定する出力制御手段と前記出力された前記励起情報および前記ダンパ情報に基づいて決定される前記発音体の振動に応じた音を示す楽音信号を生成する楽音信号合成手段とを具備することを特徴とする電子鍵盤楽器を提供する。 In order to solve the above-described problem, the present invention includes an action body that excites vibration of a sounding body in response to an operation on a key, and a damper that exerts a force on the sounding body in response to the operation and suppresses the vibration. An electronic keyboard instrument that generates a musical sound signal that simulates a sound generated from an acoustic keyboard instrument, wherein the key is provided so as to be movable within a key pressing range that is predetermined according to an operation, and the key is moved to the key pressing range. Detecting means for detecting at a plurality of detection positions, state variable updating means for updating the state variable of the key based on the detection result by the detecting means, and exciting the vibration of the sounding body by the operating body Excitation information output means for outputting excitation information indicating parameters, and damper information output for outputting damper information indicating parameters for suppressing vibration of the sounding body by the damper Determining a stage, the excitation information to be the output based on the detection result and the state variables by the detection means, on the basis and the state variables, to the time when the key is detected at each detecting position by the detecting means Te, an output control means for determining a variant of the damper information the output, a tone signal indicating the sound corresponding to the vibration of the sounding body is determined based on the outputted the excitation information and the damper information There is provided an electronic keyboard instrument comprising a musical tone signal synthesis means for generating.

また、別の好ましい態様において、前記楽音信号合成手段は、前記出力されるダンパ情報から算出されるダンパの粘性係数を用いて、前記ダンパが前記発音体に及ぼす力を示す第1の情報を算出し、前記出力される励起情報から算出される前記作用体が前記発音体に及ぼす力および前記第1の情報を用いた前記発音体の振動を表す運動方程式に基づいて、前記発音体の振動を表す第2の情報を算出し、前記第2の情報に基づいて、前記楽音信号を生成することを特徴とする。   In another preferable aspect, the musical sound signal synthesis means calculates first information indicating a force exerted on the sounding body by the damper using a damper viscosity coefficient calculated from the output damper information. The vibration of the sounding body is calculated based on the force that the operating body calculated from the output excitation information exerts on the sounding body and the equation of motion representing the vibration of the sounding body using the first information. Second information to be expressed is calculated, and the musical sound signal is generated based on the second information.

また、別の好ましい態様において、前記検出手段は、前記押鍵範囲のうち第1の位置および当該第1の位置よりレスト位置側の第2の位置において、前記鍵を検出し、前記出力制御手段は、前記検出手段によって前記第1の位置において前記鍵が検出され、その後に前記第2の位置において前記鍵が検出されると、前記第1の位置の検出時刻から前記第2の位置の検出時刻までの経過時間が短いほど、前記発音体の振動を抑制する程度が早く増加するように、前記ダンパ情報の変化態様を決定することを特徴とする。   In another preferable aspect, the detection means detects the key at a first position in the key pressing range and a second position closer to the rest position than the first position, and the output control means. Detects the second position from the detection time of the first position when the key is detected at the first position by the detecting means and then the key is detected at the second position. The change mode of the damper information is determined such that the degree of suppression of vibration of the sounding body increases faster as the elapsed time up to the time is shorter.

また、別の好ましい態様において、前記出力制御手段は、前記第2の位置における前記鍵の検出後、前記経過時間が短いほど短時間になるように決められた保留時間が経過してから、前記発音体の振動を抑制する程度を増加させるように、前記ダンパ情報の変化態様を決定することを特徴とする。   In another preferred aspect, the output control means, after the detection of the key at the second position, after the holding time that has been determined to be shorter as the elapsed time is shorter, The change mode of the damper information is determined so as to increase the degree of suppressing the vibration of the sounding body.

本発明によれば、押鍵に応じて楽音信号を生成する電子鍵盤楽器において、押鍵範囲における鍵の検出位置を少なくしても、楽音信号に反映させるダンパの効き量の精度の低下を抑えることができる。   According to the present invention, in an electronic keyboard instrument that generates a tone signal in response to a key press, even if the key detection position in the key press range is reduced, a reduction in the accuracy of the damper effect amount reflected in the tone signal is suppressed. be able to.

本発明の実施形態に係る電子楽器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electronic musical instrument which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る鍵位置センサの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the key position sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る鍵イベント変換部、ペダルイベント変換部および楽音信号合成部の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship of the key event conversion part which concerns on embodiment of this invention, a pedal event conversion part, and a musical tone signal synthetic | combination part. 本発明の実施形態に係るイベント変換処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the event conversion process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る状態テーブルを説明する図である。It is a figure explaining the state table which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る状態制御処理を説明する状態遷移図である。It is a state transition diagram explaining the state control process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るダンパ情報の変化態様(アクションA4の場合)を説明する図である。It is a figure explaining the change mode (in the case of action A4) of damper information concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るダンパ情報の変化態様(アクションA6の場合)を説明する図である。It is a figure explaining the change mode (in the case of action A6) of damper information concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る鍵の位置の変化とダンパ情報の変化との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the change of the position of the key which concerns on embodiment of this invention, and the change of damper information. 本発明の実施形態に係る楽音信号合成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the musical tone signal synthetic | combination part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る演算部を有する楽音信号合成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the musical tone signal synthetic | combination part which has a calculating part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の変形例1に係る鍵位置センサによる鍵の検出位置を説明する図である。It is a figure explaining the detection position of the key by the key position sensor which concerns on the modification 1 of this invention. 本発明の変形例1に係るダンパ情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。It is a state transition diagram explaining the state control process for damper information determination concerning the modification 1 of this invention. 本発明の変形例1に係る励起情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。It is a state transition diagram explaining the state control process for excitation information determination which concerns on the modification 1 of this invention. 本発明の変形例2に係る鍵位置センサによる鍵の検出位置を説明する図である。It is a figure explaining the detection position of the key by the key position sensor which concerns on the modification 2 of this invention. 本発明の変形例3に係る鍵の位置の変化とダンパ情報の変化との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the change of the position of the key which concerns on the modification 3 of this invention, and the change of damper information. 本発明の変形例3に係るダンパ情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。It is a state transition diagram explaining the state control process for damper information determination concerning the modification 3 of this invention. 図17の状態遷移図における状態、イベント、アクションの内容を説明する図である。It is a figure explaining the content of the state in the state transition diagram of FIG. 17, an event, and an action. 標準的なグランドピアノの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a standard grand piano. 標準的なグランドピアノに係る鍵の位置の変化、ダンパ情報に相当する値の変化、および発生する楽音のエンベロープの関係を説明する図である。It is a figure explaining the change of the position of the key which concerns on a standard grand piano, the change of the value equivalent to damper information, and the envelope of the musical sound to generate | occur | produce.

<実施形態>
[電子鍵盤楽器1の構成]
図1は、本発明の実施形態に係る電子鍵盤楽器1の構成を示すブロック図である。電子鍵盤楽器1は、例えば、電子ピアノであり、制御部11、記憶部12、ユーザ操作部13、演奏操作部15および放音部17を有している。これらの各部は、バス18を介して互いに接続されている。
<Embodiment>
[Configuration of electronic keyboard instrument 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic keyboard instrument 1 according to an embodiment of the present invention. The electronic keyboard instrument 1 is an electronic piano, for example, and includes a control unit 11, a storage unit 12, a user operation unit 13, a performance operation unit 15, and a sound emission unit 17. These units are connected to each other via a bus 18.

制御部11は、CPU(Central Processing Unit)11a、DSP11b、他の図示しない周辺回路、ROM(Read Only Memory)11c、RAM(Random Access Memory)11d、信号インターフェイス11eおよび内部バス11fを有する。DMA(Direct Memory Access)コントローラ、ビデオプロセッサは他の周辺回路として含まれていてもよい。CPU11aは、ROM11cに記憶されている制御プログラムを読み出して、RAM11dにロードして実行することにより、電子鍵盤楽器1の各部について、バス18を介して制御し、後述する楽音信号合成処理を行う楽音信号合成部100、鍵イベントを楽音信号合成部100に入力される信号に変換する処理を行う鍵イベント変換部110、およびペダルイベントを楽音信号合成部100に入力される信号に変換する処理を行うペダルイベント変換部120などを実現する。また、RAM11dは、CPU11aが各データの加工などを行う際のワークエリアとして機能する。   The control unit 11 includes a CPU (Central Processing Unit) 11a, a DSP 11b, other peripheral circuits (not shown), a ROM (Read Only Memory) 11c, a RAM (Random Access Memory) 11d, a signal interface 11e, and an internal bus 11f. A DMA (Direct Memory Access) controller and a video processor may be included as other peripheral circuits. The CPU 11a reads out a control program stored in the ROM 11c, loads it into the RAM 11d and executes it, thereby controlling each part of the electronic keyboard instrument 1 via the bus 18 and performing musical tone signal synthesis processing described later. The signal synthesis unit 100, the key event conversion unit 110 that performs processing for converting a key event into a signal that is input to the musical sound signal synthesis unit 100, and the processing that converts a pedal event into a signal that is input to the musical sound signal synthesis unit 100. The pedal event conversion unit 120 and the like are realized. The RAM 11d functions as a work area when the CPU 11a processes each data.

記憶部12は、例えば、ハードディスクなどの記憶手段であって、MIDI(Musical Instrument Digital Interface)データなどの楽音制御データ、後述する楽音信号合成処理により生成した楽音信号などを記憶する。楽音制御データは、この例においては、鍵の押込量、ダンパペダル踏込量、シフトペダル踏込量(さらに、ハンマ速度が含まれていてもよい)の時刻の進行に応じた変化を示すデータを含んでいる。これらのデータは、情報記憶媒体DP(例えば、コンパクトディスク)からロードされたり、ネットワークを介してサーバからダウンロードされたりしたものであってもよく、必ずしも記憶部12に記憶されていなくてもよい。   The storage unit 12 is storage means such as a hard disk, for example, and stores musical tone control data such as MIDI (Musical Instrument Digital Interface) data, musical tone signals generated by musical tone signal synthesis processing described later, and the like. In this example, the musical tone control data includes data indicating a change in the key depression amount, the damper pedal depression amount, and the shift pedal depression amount (in addition, the hammer speed may be included) according to the time progress. Yes. These data may be loaded from an information storage medium DP (for example, a compact disk) or downloaded from a server via a network, and may not necessarily be stored in the storage unit 12.

ユーザ操作部13は、操作パネル13aおよび表示部14を有する。操作パネル13aには、例えば、マウス13b、操作スイッチ13c、キーボード13dなどである。ユーザがマウス13b、操作スイッチ13c、キーボード13dを操作するとその操作内容を表すデータが制御部11へ出力される。これにより、ユーザは電子鍵盤楽器1に指示を行う。表示部14は、映像を画面に表示する液晶ディスプレイなどの表示デバイスであって、制御部11に制御され、メニュー画面などの各種画面を表示する。メニュー画面は、電子鍵盤楽器1に電力が供給されると、自動的に表示されるようにしてもよい。   The user operation unit 13 includes an operation panel 13 a and a display unit 14. The operation panel 13a includes, for example, a mouse 13b, an operation switch 13c, a keyboard 13d, and the like. When the user operates the mouse 13b, the operation switch 13c, and the keyboard 13d, data representing the operation content is output to the control unit 11. As a result, the user gives an instruction to the electronic keyboard instrument 1. The display unit 14 is a display device such as a liquid crystal display that displays video on the screen, and is controlled by the control unit 11 to display various screens such as a menu screen. The menu screen may be automatically displayed when power is supplied to the electronic keyboard instrument 1.

演奏操作部15は、鍵盤部15aおよびペダル部16を有する。鍵盤部15aは、電子ピアノなどの鍵盤部分に相当するものであって、複数(例えば88)の鍵(黒鍵15b、白鍵15cであり、以下、特に区別しない場合には、鍵15bcという)が並べられた鍵盤を有する。ここで、鍵15bcには鍵番号が割り振られ、この例においては、低い音高に対応する鍵15bc(鍵盤の左側の鍵)から順に番号が割り当てられている。また、鍵盤部15aにおける複数の鍵15bcには、それぞれ、鍵の位置を検出する検出手段である鍵位置センサ15dが設けられている。   The performance operation unit 15 includes a keyboard unit 15 a and a pedal unit 16. The keyboard portion 15a corresponds to a keyboard portion such as an electronic piano, and includes a plurality of (for example, 88) keys (a black key 15b and a white key 15c, hereinafter referred to as a key 15bc unless otherwise distinguished). Has a keyboard arranged. Here, key numbers are assigned to the keys 15bc, and in this example, numbers are assigned in order from the key 15bc corresponding to the low pitch (key on the left side of the keyboard). Each of the plurality of keys 15bc in the keyboard portion 15a is provided with a key position sensor 15d as detection means for detecting the key position.

図2は、本発明の実施形態に係る鍵位置センサ15dの構成を説明する図である。図2は、白鍵15cと鍵位置センサ15dとについて、白鍵15cが並ぶ方向に沿って白鍵15cを横から見た場合における構成を示している。なお、黒鍵15bについては、白鍵15cの場合と同様であるため、説明を省略する。
図2(a)は、白鍵15cがレスト位置にある状態を示し、図2(b)は、白鍵15cが押し込まれてエンド位置まで移動した状態を示している。図2(a)、(b)に示すように、白鍵15cは、白鍵15cを揺動可能に支持する鍵支持部151cを中心に移動する。この移動可能な範囲を押鍵範囲DWという。白鍵15cは、ユーザによって押し込まれるとエンド位置に向けて移動するが、ユーザによる押し込みが無くなるとレスト位置に向けて戻るように、レスト位置に向けた力が働くように構成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the key position sensor 15d according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the configuration of the white key 15c and the key position sensor 15d when the white key 15c is viewed from the side along the direction in which the white keys 15c are arranged. The black key 15b is the same as that of the white key 15c, and the description thereof is omitted.
FIG. 2A shows a state in which the white key 15c is at the rest position, and FIG. 2B shows a state in which the white key 15c is pushed and moved to the end position. As shown in FIGS. 2A and 2B, the white key 15c moves around a key support portion 151c that supports the white key 15c in a swingable manner. This movable range is called a key pressing range DW. The white key 15c is configured to move toward the end position when pressed by the user, but to move toward the rest position so that the white key 15c returns toward the rest position when the user does not press the white key 15c.

白鍵15cの下面には、ゴムをドーム状に形成したラバードーム150dが固着されている。このラバードーム150dの内面上部から下方に向かって円柱状に形成された突出部151d、152dが突出している。突出部151dは、突出部152dよりも長く形成されている。また、突出部151dは、突出部152dよりも鍵支持部151cに近い位置に設けられている。
スイッチ部153dは、例えば、図示せぬフレームなどに設置されたメンブレンスイッチなどであって、接点153da、153dbを有する。白鍵15cが押し込まれると、ラバードーム150dが潰されるように撓み、突出部151dが接点153daと接触する。これにより接点153daをオフ状態からオン状態になる。さらに白鍵15cが押し込まれると、ラバードーム150dがさらに潰されるように撓むとともに突出部151dが撓み、突出部152dが接点153dbと接触する。これにより接点153dbがオフ状態からオン状態になる。突出部151dと接点153daとが接触する白鍵15cの位置を検出位置DHAといい、突出部152dと接点153dbとが接触する白鍵15cの位置を検出位置DHBという。
A rubber dome 150d formed of rubber in a dome shape is fixed to the lower surface of the white key 15c. Projecting portions 151d and 152d formed in a cylindrical shape project downward from the upper surface of the inner surface of the rubber dome 150d. The protrusion 151d is formed longer than the protrusion 152d. The protrusion 151d is provided at a position closer to the key support 151c than the protrusion 152d.
The switch unit 153d is, for example, a membrane switch installed on a frame (not shown) or the like, and has contacts 153da and 153db. When the white key 15c is pushed, the rubber dome 150d is bent so as to be crushed, and the projecting portion 151d contacts the contact point 153da. As a result, the contact 153da is changed from the off state to the on state. When the white key 15c is further pressed, the rubber dome 150d is bent so as to be further crushed, the protruding portion 151d is bent, and the protruding portion 152d is in contact with the contact point 153db. As a result, the contact 153db changes from the off state to the on state. The position of the white key 15c where the protrusion 151d and the contact point 153da come into contact is referred to as a detection position DHA, and the position of the white key 15c where the protrusion 152d and the contact point 153db come into contact is referred to as a detection position DHB.

白鍵15cが押し込まれて検出位置DHAを通過して、接点153daがオフ状態からオン状態に変化すると、鍵盤部15aは、検出情報KDHAを出力する。また、逆に、白鍵15cが押し込まれた状態からレスト位置に向かって移動して検出位置DHAを通過して、接点153daがオン状態からオフ状態に変化した場合にも、鍵盤部15aは、検出情報KDHAを出力する。このようにして、鍵盤部15aは、白鍵15cが検出位置DHAを通過するたびに、検出情報KDHAを出力する。同様にして、鍵盤部15aは、白鍵15cが検出位置DHBを通過するたびに、検出情報KDHBを出力する。ここで、鍵盤部15aから出力される検出情報KDHA、KDHBには、検出位置DHA、DHBを通過した鍵15bcを特定する鍵番号を示す情報が対応付けられている。   When the white key 15c is pushed in and passes through the detection position DHA and the contact 153da changes from the off state to the on state, the keyboard unit 15a outputs the detection information KDHA. Conversely, when the white key 15c is moved from the pressed state toward the rest position and passes through the detection position DHA, and the contact point 153da changes from the on state to the off state, the keyboard portion 15a Detection information KDHA is output. In this way, the keyboard unit 15a outputs the detection information KDHA every time the white key 15c passes the detection position DHA. Similarly, the keyboard unit 15a outputs detection information KDHB every time the white key 15c passes the detection position DHB. Here, the detection information KDHA, KDHB output from the keyboard unit 15a is associated with information indicating a key number that identifies the key 15bc that has passed the detection positions DHA, DHB.

この例においては、検出情報KDHA、KDHBに、鍵番号を示す情報が含まれているものとするが、検出情報KDHA、KDHBには鍵番号を示す情報が含まれず、検出情報KDHA、KDHBと鍵番号を示す情報とが対応付けられて出力されてもよい。このようにして鍵盤部15aから出力される各情報をまとめて、以下、鍵イベントという。
なお、白鍵15cを検出位置DHAに到達させるための押込量と黒鍵15bを検出位置DHAに到達させるための押込量とは一致するように、設定されているが、必ずしも一致していなくてもよい。検出位置DHBについても同様である。
In this example, it is assumed that the information indicating the key number is included in the detection information KDHA and KDHB, but the information indicating the key number is not included in the detection information KDHA and KDHB, and the detection information KDHA and KDDHB and the key are included. Information indicating numbers may be output in association with each other. The information output from the keyboard unit 15a in this way is collectively referred to as a key event hereinafter.
The pushing amount for reaching the white key 15c to the detection position DHA and the pushing amount for reaching the black key 15b to the detection position DHA are set so as to match, but they do not necessarily match. Also good. The same applies to the detection position DHB.

図1に戻って説明を続ける。ペダル部16は、ダンパペダル16aおよびシフトペダル16bに相当する複数のペダルを有する。また、ダンパペダル16aおよびシフトペダル16bには、ペダルが踏み込まれると、そのペダルの踏込量を表す情報を出力するペダル位置センサ16cが設けられている。ペダル部16は、ペダルの踏込量を表す情報をアナログ形式からデジタル形式に変換した情報PSを、バス18を介して制御部11の信号インターフェイス11eまで定期的に出力する。ペダル部16は、この情報PSを、踏込まれたペダルを表す情報PCと対応付けて出力する。なお、ペダル部16は、ダンパペダル16aの踏込量を示す情報と、シフトペダル16bの踏込量を示す情報とを出力するようにしてもよい。このようにペダル部16から出力される各情報をまとめて、以下、ペダルイベントという。
このように、ユーザに演奏操作されることにより、鍵盤部15aは鍵イベントを出力し、ペダル部16はペダルイベントを出力する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The pedal portion 16 has a plurality of pedals corresponding to the damper pedal 16a and the shift pedal 16b. In addition, the damper pedal 16a and the shift pedal 16b are provided with a pedal position sensor 16c that outputs information indicating the depression amount of the pedal when the pedal is depressed. The pedal unit 16 periodically outputs information PS obtained by converting information representing the pedal depression amount from an analog format to a digital format to the signal interface 11e of the control unit 11 via the bus 18. The pedal unit 16 outputs the information PS in association with the information PC indicating the pedal that has been depressed. The pedal unit 16 may output information indicating the depression amount of the damper pedal 16a and information indicating the depression amount of the shift pedal 16b. The information output from the pedal unit 16 is collectively referred to as a pedal event hereinafter.
Thus, when the user performs a performance operation, the keyboard unit 15a outputs a key event, and the pedal unit 16 outputs a pedal event.

放音部17は、デジタルアナログ変換器17a、図示しないアンプおよびスピーカ17bを有する。制御部11の制御により入力される楽音信号は、デジタルアナログ変換器17aにおいてデジタル形式からアナログ形式に変換され、アンプで増幅され、スピーカ17bから音として出力される。この楽音信号は、この例においては、後述する楽音信号合成処理の結果生成されるものである。以上が、電子鍵盤楽器1の構成の説明である。   The sound emitting unit 17 includes a digital / analog converter 17a, an amplifier (not shown), and a speaker 17b. A musical sound signal input under the control of the control unit 11 is converted from a digital format to an analog format in the digital / analog converter 17a, amplified by an amplifier, and output as a sound from the speaker 17b. In this example, this musical tone signal is generated as a result of musical tone signal synthesis processing described later. The above is the description of the configuration of the electronic keyboard instrument 1.

[機能構成概略]
次に、制御部11が制御プログラムを実行することによって実現される楽音信号合成部100、鍵イベント変換部110、およびペダルイベント変換部120について説明する。なお、以下に説明する楽音信号合成部100、鍵イベント変換部110、およびペダルイベント変換部120における各構成の一部または全部については、PIC(Peripheral Interface Controller)、EG(Envelope Generator)、DSP(Digital Signal Processor)などを用いてハードウエアによって実現してもよい。
[Functional configuration overview]
Next, the musical tone signal synthesis unit 100, the key event conversion unit 110, and the pedal event conversion unit 120 that are realized by the control unit 11 executing the control program will be described. Note that some or all of the components in the tone signal synthesis unit 100, the key event conversion unit 110, and the pedal event conversion unit 120 described below are PIC (Peripheral Interface Controller), EG (Envelope Generator), DSP ( It may be realized by hardware using a digital signal processor).

楽音信号合成部100は、鍵イベント変換部110およびペダルイベント変換部120から入力される信号を用いて、グランドピアノから発生する音を模擬した楽音信号を、物理モデル計算にしたがって生成する。この物理モデル計算については、上述した特許文献1(特開2011−013674号公報)に記載されたものとほぼ同一であるが、詳細の計算内容については後述する。
この例においては、物理モデル計算の前提の構成として、標準的なグランドピアノ(アコースティックピアノ)を用いている。この標準的なグランドピアノについて説明しておく。
The musical sound signal synthesis unit 100 uses the signals input from the key event conversion unit 110 and the pedal event conversion unit 120 to generate a musical sound signal that simulates a sound generated from a grand piano according to a physical model calculation. The physical model calculation is almost the same as that described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-013674) described above, but details of the calculation will be described later.
In this example, a standard grand piano (acoustic piano) is used as the premise of the physical model calculation. This standard grand piano will be described.

[グランドピアノ21の構成]
図19は、標準的なグランドピアノ21の構成を説明する図である。グランドピアノ21は、88の鍵21aを含む鍵盤21b、アクション機構21dを介して鍵21aと接続されたハンマ21c、弦21e、および弦21eと接触可能なダンパ21f、ダンパペダル21m、およびシフトペダル21nを有する。弦21eは、その一端で駒21eaと、他端でベアリング21ebと接続されている。鍵21a、ハンマ21c、アクション機構21d、弦21e、ダンパ21fは、大部分がキャビネット21h内に収められている。弦21eの数およびダンパ21fの接触点の数は、音域によって変化する。キャビネット21h、フレーム、木製フレーム、駒21ea、ベアリング21ebおよびピアノ音を放射する他の振動部分(響板、支柱など)は、本体21jを構成する。以下の説明において、弦、ハンマ、ダンパおよび本体は、標準的なグランドピアノ21における構成を示し、電子鍵盤楽器1に含まれている構成を示すものではない。
[Configuration of Grand Piano 21]
FIG. 19 is a diagram illustrating the configuration of a standard grand piano 21. The grand piano 21 includes a keyboard 21b including 88 keys 21a, a hammer 21c connected to the key 21a via an action mechanism 21d, a string 21e, a damper 21f that can contact the string 21e, a damper pedal 21m, and a shift pedal 21n. Have. The string 21e is connected to a piece 21ea at one end and a bearing 21eb at the other end. Most of the key 21a, the hammer 21c, the action mechanism 21d, the string 21e, and the damper 21f are housed in the cabinet 21h. The number of strings 21e and the number of contact points of the damper 21f vary depending on the sound range. The cabinet 21h, the frame, the wooden frame, the piece 21ea, the bearing 21eb, and other vibration parts (soundboards, columns, etc.) that radiate piano sound constitute the main body 21j. In the following description, a string, a hammer, a damper, and a main body indicate a configuration in the standard grand piano 21, and do not indicate a configuration included in the electronic keyboard instrument 1.

図20は、標準的なグランドピアノ21に係る鍵21aの位置の変化、ダンパ情報に相当する値の変化、および発生する楽音のエンベロープの関係を説明する図である。グランドピアノ21は、ダンパペダル21mが踏み込まれていない状態で、鍵21aが押し込まれると、押込量に応じて弦21eとダンパ21fとの位置関係が変化する。
図20の上段に示すように、押し込まれた鍵21aの位置が、レスト位置(rest)から一定範囲(接触領域La)にある場合においては、ダンパ21fは、弦21eと接触し、弦21eの振動を抑制した状態にある。さらに押し込まれた鍵21aの位置がさらにエンド位置(end)側の一定範囲(中間領域Lb)である場合においては、エンド位置に近づくにつれ、ダンパ21fは、弦21eから徐々に離れ出し、弦21eの振動を抑制する程度が低下していく状態にある。そして、押し込まれた鍵21aの位置が、さらにエンド位置に近づき、エンド位置から一定範囲(非接触領域Lc)にある場合においては、ダンパ21fは、弦21eから完全に離れた状態となり、弦21eの振動を抑制しない状態となる。
FIG. 20 is a diagram for explaining the relationship between the change in the position of the key 21a related to the standard grand piano 21, the change in the value corresponding to the damper information, and the envelope of the generated musical sound. In the grand piano 21, when the key 21a is depressed in a state where the damper pedal 21m is not depressed, the positional relationship between the string 21e and the damper 21f changes according to the amount of depression.
As shown in the upper part of FIG. 20, when the position of the depressed key 21a is within a certain range (contact area La) from the rest position (rest), the damper 21f contacts the string 21e, and the string 21e The vibration is suppressed. When the position of the depressed key 21a is further within a certain range (intermediate region Lb) on the end position (end) side, the damper 21f gradually moves away from the string 21e as it approaches the end position, and the string 21e. The degree to which the vibrations are suppressed is decreasing. When the position of the depressed key 21a further approaches the end position and is within a certain range (non-contact region Lc) from the end position, the damper 21f is completely separated from the string 21e, and the string 21e The vibration is not suppressed.

図20の中段は、図20上段に示すように、鍵21aの位置を時間変化させた場合における、ダンパ21fが弦21eの振動を抑制する程度を示すダンパ情報に相当する値(e (t))の変化を示している。鍵21aの位置が接触領域Laにある場合には、e (t)=1である。鍵21aの位置が中間領域Lbにある場合には、0<e (t)<1である。鍵21aの位置が非接触領域Lcにある場合には、e (t)=0である。
図20の下段に示す楽音Env.は、図20上段に示すように、時間変化させたときに、グランドピアノ21から発生する楽音のエンベロープ(音量)を示す図である。なお、図20における各段の横軸は時刻tを示す。
The middle part of FIG. 20, as shown in the upper part of FIG. 20, is a value (e D * () corresponding to damper information indicating the degree to which the damper 21f suppresses the vibration of the string 21e when the position of the key 21a is changed over time. t)) changes. When the position of the key 21a is in the contact area La, e D * (t) = 1. When the position of the key 21a is in the intermediate area Lb, 0 <e D * (t) <1. When the position of the key 21a is in the non-contact area Lc, e D * (t) = 0.
The musical sound Env. FIG. 20 is a diagram showing an envelope (volume) of a musical sound generated from the grand piano 21 when time is changed as shown in the upper part of FIG. Note that the horizontal axis of each stage in FIG. 20 indicates time t.

鍵21aの位置がパターンP1で移動する場合には、e (t)=1であり、また、ハンマ21cが弦21eを打たないため楽音は発生しない。鍵21aの位置がパターンP2で移動する場合には、0<e (t)<1となるが、ハンマ21cが弦21eを打たないため楽音は発生しない。鍵21aの位置がパターンP3で移動する場合には、e (t)=0となるが、ハンマ21cが弦21eを打たないため楽音は発生しない。
鍵21aの位置がパターンP4で移動する場合には、e (t)=0となり、また、ハンマ21cが弦21eを打つため楽音が発生し、発音後、e (t)が大きくなり、消音する。鍵21aの位置がパターンP5で移動する場合には、e (t)=0となり、また、ハンマ21cが弦21eを打つため楽音が発生し、発音後、e (t)が大きくなり、消音する。このとき、e (t)=1にはならないため、パターンP4の場合に比べて楽音の減少は緩やかである。鍵21aの位置がパターンP6、7で移動する場合には、e (t)=0となりこれが維持され、また、ハンマ21cが弦21eを打つため楽音が発生し、発音後、弦21eの振動がダンパ21fに抑制されることなく緩やかに減少する。
以上が、物理モデル計算の前提としての標準的なグランドピアノ21の説明である。
When the position of the key 21a moves in the pattern P1, e D * (t) = 1, and since the hammer 21c does not hit the string 21e, no musical sound is generated. When the position of the key 21a moves in the pattern P2, 0 <e D * (t) <1, but no tone is generated because the hammer 21c does not hit the string 21e. When the position of the key 21a moves in the pattern P3, e D * (t) = 0, but no music is generated because the hammer 21c does not hit the string 21e.
When the position of the key 21a moves in the pattern P4, e D * (t) = 0, and the hammer 21c strikes the string 21e to generate a musical tone. After the sound is generated, e D * (t) increases. Mute. When the position of the key 21a moves in the pattern P5, e D * (t) = 0, and the hammer 21c strikes the string 21e, and a musical tone is generated. After the sound is generated, e D * (t) increases. Mute. At this time, since e D * (t) = 1 is not satisfied, the decrease in the musical tone is more gradual than in the case of the pattern P4. If the position of the key 21a to move in a pattern P6,7 becomes a e D * (t) = 0 which is maintained and also the tone is generated because the hammer 21c strikes the string 21e, after pronunciation strings 21e The vibration is gently reduced without being suppressed by the damper 21f.
The above is the description of the standard grand piano 21 as a premise of the physical model calculation.

[イベント変換概要]
続いて、鍵イベント変換部110、およびペダルイベント変換部120について、図3を用いて説明する。
[Event conversion overview]
Next, the key event conversion unit 110 and the pedal event conversion unit 120 will be described with reference to FIG.

図3は、本発明の実施形態に係る鍵イベント変換部110、ペダルイベント変換部120および楽音信号合成部100の関係を説明する図である。
図3に示すように、ペダルイベント変換部120は、ペダル部16からペダルイベント(情報PC、PS)を取得し、ダンパペダルの踏込量に応じたダンパペダル情報(鍵ではなくダンパペダルの制御によるダンパ情報に相当)を表し、楽音信号合成部100へ入力される信号(以下、入力信号3(e(nΔt))という)に、ペダルイベントを変換して出力する。また、ペダルイベント変換部120は、シフトペダルの踏込量に応じたシフトペダル情報を表し、楽音信号合成部100へ入力される信号(以下、入力信号4(e(nΔt))という)に、ペダルイベントを変換して出力する。このとき、ペダルイベント変換部120は、予め決められた変換式、テーブルなどを用いて、ペダルイベントからダンパペダル情報およびシフトペダル情報を決定し、決定したダンパペダル情報を表す入力信号3を出力するとともに、決定したシフトペダル情報を表す入力信号4を出力する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship among the key event conversion unit 110, the pedal event conversion unit 120, and the musical tone signal synthesis unit 100 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the pedal event conversion unit 120 acquires a pedal event (information PC, PS) from the pedal unit 16, and generates damper pedal information (damper information based on damper pedal control instead of a key) according to the depression amount of the damper pedal. The pedal event is converted into a signal (hereinafter, referred to as an input signal 3 (e P (nΔt))) input to the musical sound signal synthesis unit 100 and output. The pedal event conversion unit 120 represents shift pedal information corresponding to the amount of shift pedal depression, and a signal input to the musical sound signal synthesis unit 100 (hereinafter referred to as an input signal 4 (e S (nΔt)) is Convert pedal events and output. At this time, the pedal event conversion unit 120 determines damper pedal information and shift pedal information from the pedal event using a predetermined conversion formula, table, and the like, and outputs an input signal 3 representing the determined damper pedal information. An input signal 4 representing the determined shift pedal information is output.

ここで、入力信号3(e(nΔt))がとり得る値は、「0」から「1」の範囲である。ダンパペダル16aが踏み込まれていない状態においては「1」であり、一定量踏み込まれると「1」から減少し始め、完全に踏み込まれる手前の段階で「0」に至り、完全に踏み込まれた状態においては「0」となるように、ペダルイベント変換部120によってペダルイベントが入力信号3(e(nΔt))に変換される。同様に、入力信号4(e(nΔt))がとり得る値は、「0」から「1」の範囲である。シフトペダル16bが踏み込まれていない状態においては「1」であり、一定量踏み込まれると「1」から減少し始め、完全に踏み込まれる手前の段階で「0」に至り、完全に踏み込まれた状態においては「0」となるように、ペダルイベント変換部120によってペダルイベントが入力信号4(e(nΔt))に変換される。 Here, the value that the input signal 3 (e P (nΔt)) can take is in the range of “0” to “1”. When the damper pedal 16a is not depressed, it is “1”. When the damper pedal 16a is depressed by a certain amount, it starts to decrease from “1”. When the damper pedal 16a is fully depressed, it reaches “0” and is fully depressed. The pedal event is converted into the input signal 3 (e P (nΔt)) by the pedal event conversion unit 120 so that becomes “0”. Similarly, the value that the input signal 4 (e S (nΔt)) can take is in the range of “0” to “1”. It is “1” when the shift pedal 16b is not depressed, starts to decrease from “1” when depressed a certain amount, reaches “0” immediately before it is fully depressed, and is fully depressed The pedal event is converted into the input signal 4 (e S (nΔt)) by the pedal event conversion unit 120 so that it becomes “0”.

また、図3に示すように、鍵イベント変換部110は、鍵盤部15aから鍵イベントを取得し、鍵イベントを入力信号1(e(nΔt))および入力信号2(V(nΔt))に変換して出力する。入力信号1(e(nΔt))は、その値がダンパによる弦の振動を抑制する程度、すなわちダンパ情報を表し、楽音信号合成部100へ入力される。入力信号2(V(nΔt))は、ハンマ速度(励起情報)を表し、楽音信号合成部100へ入力される。
このとき、鍵イベント変換部110は、後述するイベント変換処理を用いて、鍵イベントからダンパ情報、励起情報を決定し、決定したダンパ情報を表す入力信号1を出力するとともに、決定した励起情報を表す入力信号2を出力する。鍵イベント変換部110は、これらの信号に対応する各鍵15bcを識別可能な情報(例えば鍵番号)と対応させて入力信号1および入力信号2を出力する。すなわち、楽音信号合成部100においては、入力信号1および入力信号2が、各鍵15bcに対応して入力される。
Also, as shown in FIG. 3, the key event conversion unit 110 acquires a key event from the keyboard unit 15a, and uses the key event as an input signal 1 (e K (nΔt)) and an input signal 2 (V H (nΔt)). Convert to and output. The input signal 1 (e K (nΔt)) represents the degree to which the value suppresses the vibration of the string caused by the damper, that is, the damper information, and is input to the musical sound signal synthesis unit 100. The input signal 2 (V H (nΔt)) represents a hammer speed (excitation information) and is input to the musical sound signal synthesis unit 100.
At this time, the key event conversion unit 110 determines the damper information and the excitation information from the key event by using an event conversion process described later, outputs the input signal 1 representing the determined damper information, and outputs the determined excitation information. A representative input signal 2 is output. The key event conversion unit 110 outputs the input signal 1 and the input signal 2 in association with information (for example, key number) that can identify each key 15bc corresponding to these signals. That is, in the tone signal synthesis unit 100, the input signal 1 and the input signal 2 are input corresponding to each key 15bc.

入力信号1、入力信号2、入力信号3、入力信号4はそれぞれ、離散時間軸(t=nΔt; n=0,1,2,・・・)上の信号として楽音信号合成部100に入力される。以下の説明においては、「nΔt」を、便宜上、連続値としての「t」で表す場合がある。
なお、これらの4信号は、制御部11が記憶部12に記憶されている楽音制御データを読み出して、鍵イベント変換部110およびペダルイベント変換部120において変換されたものであってもよい。
The input signal 1, the input signal 2, the input signal 3, and the input signal 4 are respectively input to the musical tone signal synthesis unit 100 as signals on a discrete time axis (t = nΔt; n = 0, 1, 2,...). The In the following description, “nΔt” may be represented by “t” as a continuous value for convenience.
These four signals may be those obtained by the control unit 11 reading out the musical tone control data stored in the storage unit 12 and converted by the key event conversion unit 110 and the pedal event conversion unit 120.

[鍵イベント変換部110の構成]
鍵イベント変換部110は、変換制御部111、ダンパ情報出力部112、励起情報出力部113、およびタイマ114を有する。これらの構成により、鍵イベント変換部110は、鍵イベントを入力信号1および入力信号2に変換し出力する機能を実現する。
ダンパ情報出力部112は、変換制御部111からの制御にしたがって、入力信号1(e(nΔt))を楽音信号合成部100に出力する。
励起情報出力部113は、変換制御部111からの制御にしたがって、入力信号2(V(nΔt))を楽音信号合成部100に出力する。
タイマ114は、フリーランカウンタなどであり、時刻を示す情報を変換制御部111に出力する。この情報は、変換制御部111において、鍵盤部15aからの鍵イベントの出力間隔などを計時するために用いられる。
[Configuration of Key Event Conversion Unit 110]
The key event conversion unit 110 includes a conversion control unit 111, a damper information output unit 112, an excitation information output unit 113, and a timer 114. With these configurations, the key event conversion unit 110 realizes a function of converting the key event into the input signal 1 and the input signal 2 and outputting them.
The damper information output unit 112 outputs the input signal 1 (e K (nΔt)) to the musical sound signal synthesis unit 100 according to the control from the conversion control unit 111.
The excitation information output unit 113 outputs the input signal 2 (V H (nΔt)) to the musical sound signal synthesis unit 100 according to the control from the conversion control unit 111.
The timer 114 is a free-run counter or the like, and outputs information indicating time to the conversion control unit 111. This information is used by the conversion control unit 111 to time the output interval of the key event from the keyboard unit 15a.

変換制御部111は、イベント変換処理を行って、鍵盤部15aから出力される鍵イベントを取得し、取得した鍵イベントに基づいてダンパ情報の変化態様および励起情報を決定し、決定したダンパ情報および励起情報に基づいて、ダンパ情報出力部112および励起情報出力部113からの出力を制御する。このイベント変換処理は、鍵イベント変換部110の機能が実現すると開始される。このイベント変換処理について説明する。   The conversion control unit 111 performs an event conversion process, acquires a key event output from the keyboard unit 15a, determines a change mode and excitation information of the damper information based on the acquired key event, and determines the determined damper information and Based on the excitation information, the outputs from the damper information output unit 112 and the excitation information output unit 113 are controlled. This event conversion process is started when the function of the key event conversion unit 110 is realized. This event conversion process will be described.

[イベント変換処理]
図4は、本発明の実施形態に係るイベント変換処理を説明するフローチャートである。まず、変換制御部111は、鍵番号と状態変数とを対応付けた状態テーブルを構築し、全鍵番号(1〜88)について状態変数を「S1」として初期化する(ステップS110)。
[Event conversion processing]
FIG. 4 is a flowchart for explaining event conversion processing according to the embodiment of the present invention. First, the conversion control unit 111 constructs a state table in which key numbers and state variables are associated with each other, and initializes the state variables as “S1” for all key numbers (1 to 88) (step S110).

図5は、本発明の実施形態に係る状態テーブルを説明する図である。図5に示す状態においては、各鍵番号に対応する状態変数は全て「S1」に初期化された状態である。この例においては、状態テーブルの状態変数は、「S1」から「S4」まで存在する。この状態変数は、以下に説明する状態遷移図における各状態に対応し、鍵盤部15aから出力される検出情報の内容(KDHA、KDHB)に応じて更新される。なお、鍵15bcが全てレスト位置にある場合、すなわち、ユーザがいずれの鍵15bcについても押し込んでいない場合には、状態変数は「S1」となる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state table according to the embodiment of the present invention. In the state shown in FIG. 5, the state variables corresponding to the key numbers are all initialized to “S1”. In this example, state variables in the state table exist from “S1” to “S4”. This state variable corresponds to each state in the state transition diagram described below, and is updated according to the contents of detection information (KDHA, KDHB) output from the keyboard unit 15a. When all the keys 15bc are at the rest position, that is, when the user does not press any key 15bc, the state variable is “S1”.

図4に戻って説明を続ける。変換制御部111は、鍵盤部15aから鍵イベントが出力されるのを待ち(ステップS120;No)、鍵イベントが出力されると(ステップS120;Yes)、出力された鍵イベントによって示される鍵番号を特定する(ステップS130)。以下、特定した鍵番号を特定鍵番号という。   Returning to FIG. 4, the description will be continued. The conversion control unit 111 waits for the key event to be output from the keyboard unit 15a (step S120; No). When the key event is output (step S120; Yes), the key number indicated by the output key event. Is specified (step S130). Hereinafter, the specified key number is referred to as a specific key number.

変換制御部111は、状態テーブルを参照し、特定鍵番号に対応する状態変数を取得し(ステップS140)、また、鍵盤部15aから出力された鍵イベントが検出情報KDHAであるか検出情報KDHBであるかを特定する(ステップS150)。
続いて、変換制御部111は、予め決められたアルゴリズムに従って、取得した状態変数、および特定した検出情報の内容から処理すべき内容を決定し(ステップS160)、決定した処理を行うとともに、この処理に伴い変更される状態変数を決定する。そして、変換制御部111は、特定鍵番号に対応する状態変数を、決定した状態変数に更新する(ステップS170)。処理すべき内容および変更される状態変数を決定するためのアルゴリズムについて、状態遷移図を用いて説明する。
The conversion control unit 111 refers to the state table, acquires a state variable corresponding to the specific key number (step S140), and determines whether the key event output from the keyboard unit 15a is the detection information KDHA or the detection information KDHB. Whether it exists is identified (step S150).
Subsequently, the conversion control unit 111 determines the content to be processed from the acquired state variable and the content of the specified detection information according to a predetermined algorithm (step S160), performs the determined processing, and performs this processing. Determine the state variables to be changed with Then, the conversion control unit 111 updates the state variable corresponding to the specific key number to the determined state variable (step S170). The algorithm for determining the contents to be processed and the state variable to be changed will be described using a state transition diagram.

図6は、本発明の実施形態に係る状態制御処理を説明する状態遷移図である。まず、鍵15bcが検出位置DHAより上にある状態(例えば、レスト位置)とする(状態S1)。変換制御部111は、状態S1において、鍵15bcが押し込まれて検出位置DHAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHAを特定(イベントE1)した場合には、状態S2へ移行させる。この状態S2への移行に伴い、変換制御部111は、計時を開始(開始時刻taとする)するとともに、ダンパ情報が予め決められた減少時間Tcで「1」から「0」に減少を開始するように決定する(アクションA1)。すなわち、ダンパ21fが弦21eから離れていく現象を再現する。これにより、変換制御部111は、ダンパ情報出力部112を制御して、決定されたダンパ情報の変化態様で入力信号1を出力させる。
上述したように、入力信号1が出力されるときには、特定鍵番号が対応付けられている。また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S2」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S2」に更新する(図4、ステップS170)。
FIG. 6 is a state transition diagram illustrating state control processing according to the embodiment of the present invention. First, a state is assumed in which the key 15bc is above the detection position DHA (for example, a rest position) (state S1). In the state S1, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHA from the key event output from the keyboard unit 15a (event E1) when the key 15bc is pushed and passes through the detection position DHA. Shift to S2. Along with the transition to the state S2, the conversion control unit 111 starts measuring time (starting time ta) and starts decreasing the damper information from “1” to “0” at a predetermined decrease time Tc. (Action A1). That is, the phenomenon that the damper 21f moves away from the string 21e is reproduced. Thereby, the conversion control unit 111 controls the damper information output unit 112 to output the input signal 1 in the determined change manner of the damper information.
As described above, when the input signal 1 is output, a specific key number is associated. Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S2”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S2” (step S170 in FIG. 4).

変換制御部111は、状態S2において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り始めて再び検出位置DHAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHAを特定(イベントE1)した場合には、状態S1へ移行させる。この状態S1への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻taからの経過時間TAA)に応じた時間で増加するように決定する(アクションA6)。すなわち、鍵15bcが検出位置DHAを2回続けて通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eに接触する現象を再現する。これにより、変換制御部111は、ダンパ情報出力部112を制御して、決定されたダンパ情報の変化態様で入力信号1を出力させる。
入力信号1が出力されるときには、特定鍵番号が対応付けられている。また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S1」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S1」に更新する(図4、ステップS170)。
In the state S2, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHA from the key event output from the keyboard unit 15a (event E1) by the key 15bc starting to return toward the rest position and passing through the detection position DHA again. In the case, the state is shifted to S1. Along with the transition to the state S1, the conversion control unit 111 ends the time measurement, and determines that the damper information increases at a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T AA from the start time ta) (action A6). ). That is, when the key 15bc passes through the detection position DHA twice in succession, the damper 21f in the grand piano 21 is changed to the string 21e by predicting a temporal change mode of the subsequent damper information from the interval of the passage time. Reproduce the phenomenon of contact. Thereby, the conversion control unit 111 controls the damper information output unit 112 to output the input signal 1 in the determined change manner of the damper information.
When the input signal 1 is output, a specific key number is associated. Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S1”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S1” (step S170 in FIG. 4).

一方、変換制御部111は、状態S2において、鍵15bcがさらに押し込まれて検出位置DHBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHBを特定(イベントE2)した場合には、状態S3へ移行させる。この状態S3への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、計時結果(開始時刻taからの経過時間TAB)に応じて励起情報を決定する(アクションA2)。すなわち、ハンマ21cが弦21eを打ちにいく現象を再現する。これにより、変換制御部111は、励起情報出力部113を制御して、決定された励起情報に応じた入力信号2を出力させる。
入力信号2が出力されるときには、特定鍵番号が対応付けられている。また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S3」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S3」に更新する(図4、ステップS170)。
On the other hand, in the state S2, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHB (event E2) from the key event output from the keyboard unit 15a by further pressing the key 15bc and passing through the detection position DHB. Shifts to state S3. With the transition to the state S3, the conversion control unit 111 ends the time measurement and determines the excitation information according to the time measurement result (elapsed time T AB from the start time ta) (action A2). That is, the phenomenon that the hammer 21c hits the string 21e is reproduced. Thereby, the conversion control part 111 controls the excitation information output part 113, and outputs the input signal 2 according to the determined excitation information.
When the input signal 2 is output, a specific key number is associated. Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S3”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S3” (step S170 in FIG. 4).

変換制御部111は、状態S3において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り始めて検出位置DHBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHBを特定(イベントE2)した場合には、状態S4へ移行させる。この状態S4への移行に伴い、変換制御部111は、計時を開始(開始時刻tbとする)する(アクションA3)。
また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S4」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S4」に更新する(図4、ステップS170)。
In the state S3, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHB (event E2) from the key event output from the keyboard unit 15a by the key 15bc starting to return toward the rest position and passing through the detection position DHB. Is shifted to state S4. Along with the transition to the state S4, the conversion control unit 111 starts timekeeping (starting time tb) (action A3).
Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S4”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S4” (FIG. 4, step S170).

変換制御部111は、状態S4において、鍵15bcが押し込まれて再び検出位置DHBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHBを特定(イベントE2)した場合には、状態S3へ移行させる。この状態S3への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、計時結果(開始時刻tbからの経過時間TBB)に応じて励起情報を決定する(アクションA5)。すなわち、ハンマ21cが再び弦21eを打ちにいく現象を再現する。これにより、変換制御部111は、励起情報出力部113を制御して、決定された励起情報に応じた入力信号2を出力させる。
入力信号2が出力されるときには、特定鍵番号が対応付けられている。また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S3」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S3」に更新する(図4、ステップS170)。
In the state S4, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHB from the key event output from the keyboard unit 15a (event E2) by passing the detection position DHB again by pressing the key 15bc. Transition to state S3. With the transition to the state S3, the conversion control unit 111 ends the time measurement and determines the excitation information according to the time measurement result (elapsed time T BB from the start time tb) (action A5). That is, the phenomenon in which the hammer 21c hits the string 21e again is reproduced. Thereby, the conversion control part 111 controls the excitation information output part 113, and outputs the input signal 2 according to the determined excitation information.
When the input signal 2 is output, a specific key number is associated. Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S3”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S3” (step S170 in FIG. 4).

一方、変換制御部111は、状態S4において、鍵15bcがレスト位置に向かってさらに戻り検出位置DHAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDHAを特定(イベントE1)した場合には、状態S1へ移行させる。この状態S1への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻taからの経過時間TBA)に応じた時間で増加するように決定する(アクションA4)。すなわち、鍵15bcが検出位置DHBを通過してから検出位置DHAを通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eに接触する現象を再現する。これにより、変換制御部111は、ダンパ情報出力部112を制御して、決定されたダンパ情報の変化態様で入力信号1を出力させる。
入力信号1が出力されるときには、特定鍵番号が対応付けられている。また、変換制御部111は、変更すべき状態変数を「S1」として決定し、特定鍵番号に対応する状態変数を「S1」に更新する(図4、ステップS170)。
以上が、処理すべき内容および変更される状態変数を決定するためのアルゴリズムについての説明である。続いて、上記アクションA4、A6におけるダンパ情報の変化態様の決定方法について説明する。
On the other hand, in the state S4, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDHA from the key event output from the keyboard unit 15a when the key 15bc further returns toward the rest position and passes through the detection position DHA (event E1). If so, the process proceeds to state S1. Along with the transition to the state S1, the conversion control unit 111 ends the time measurement and determines that the damper information increases at a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T BA from the start time ta) (action A4). ). That is, when the key 15bc passes through the detection position DHA after passing through the detection position DHB, the damper 21f in the grand piano 21 is predicted from the time interval of the subsequent damper information based on the interval of the passage time. Reproduces the phenomenon that the string contacts the string 21e. Thereby, the conversion control unit 111 controls the damper information output unit 112 to output the input signal 1 in the determined change manner of the damper information.
When the input signal 1 is output, a specific key number is associated. Also, the conversion control unit 111 determines the state variable to be changed as “S1”, and updates the state variable corresponding to the specific key number to “S1” (step S170 in FIG. 4).
This completes the description of the algorithm for determining the contents to be processed and the state variables to be changed. Next, a method for determining the change mode of the damper information in the actions A4 and A6 will be described.

図7は、本発明の実施形態に係るダンパ情報(入力信号1(e(nΔt))の値)の変化態様(アクションA4の場合)を説明する図である。図7(a)、(b)、(c)は、それぞれ、経過時間TBAが予め決められた時間Tと一致する場合、Tより短い場合、Tより長い場合におけるダンパ情報の変化態様を示し、横軸が時刻、縦軸が入力信号1(e(nΔt))の値すなわちダンパ情報を示している。時刻taは、鍵15bcが検出位置DHAを通過して、アクションA4において計時を終了した時刻を示している。時刻trは、ダンパ情報の増加開始時刻を示している。この時刻trは、鍵15bcが中間領域Lbに到達する時刻として予測されるものである。そのため、計時終了後、保留時間Tar(時刻tr−時刻ta)においては、ダンパ情報が増加しない。
時刻teは、ダンパ情報の増加終了時刻を示している。この時刻teは、鍵15bcが中間領域Lbと接触領域Lbとの境界部分に到達する時刻として予測されるものである。そのため、増加時間Tre(時刻te−時刻tr)において、ダンパ情報が「0」から「1」に増加するようになっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a change mode (in the case of action A4) of damper information (value of input signal 1 (e K (nΔt))) according to the embodiment of the present invention. Figure 7 (a), (b) , (c) , respectively, when the elapsed time T BA coincides with the time T 0 previously determined, shorter than T 0, the change of the damper information when longer than T 0 The horizontal axis indicates the time, and the vertical axis indicates the value of the input signal 1 (e K (nΔt)), that is, the damper information. The time ta indicates the time when the key 15bc has passed the detection position DHA and the time measurement is finished in the action A4. Time tr indicates the increase start time of the damper information. This time tr is predicted as the time when the key 15bc reaches the intermediate area Lb. Therefore, after the timing is over, the damper information does not increase during the holding time T ar (time tr−time ta).
Time te indicates the increase end time of the damper information. This time te is predicted as the time when the key 15bc reaches the boundary portion between the intermediate region Lb and the contact region Lb. Therefore, the damper information increases from “0” to “1” in the increase time T re (time te−time tr).

図7(a)(b)(c)に示すように、経過時間TBAが短くなるほど、保留時間Tarおよび増加時間Treが短くなるように決められている。この例においては、保留時間Tarおよび増加時間Treは、とり得る最長時間が決められている。したがって、経過時間TBAが予め決められた上限時間より長い場合においては上限時間における保留時間Tarおよび増加時間Treとなる。これにより、ダンパ情報が実際にはとり得ないほど緩やかに増加するなどの事態を避けることができる。 As shown in FIG. 7 (a) (b) ( c), as the elapsed time T BA is short, the holding time T ar and increased time T re are determined to be shorter. In this example, the maximum possible time is determined for the holding time T ar and the increase time T re . Accordingly, the hold time at the upper limit time T ar and increased time T re in the case the elapsed time T BA is longer than the upper limit time determined in advance. As a result, it is possible to avoid such a situation that the damper information gradually increases so as to be impossible.

このように経過時間TBAとダンパ情報の変化態様との関係が決められていることにより、鍵15bcを緩やかに離鍵操作を行った場合には、グランドピアノ21において緩やかに離鍵操作をした場合と同様に、ダンパ21fが弦21eの振動を抑制する程度を徐々に増大させる状態を再現し、急激に離鍵操作を行った場合には、急激に弦21eの振動を抑制させる状態を再現することができる。 By being thus the relationship between the change mode of the elapsed time T BA and damper information determined, when performing gently key release operation key 15bc was loosely key release operation in grand piano 21 Similarly to the case, the state where the damper 21f gradually increases the degree of suppressing the vibration of the string 21e is reproduced, and when the key release operation is performed suddenly, the state where the vibration of the string 21e is rapidly suppressed is reproduced. can do.

なお、保留時間Tarおよび増加時間Treは、とり得る最短時間が決められていてもよい。この場合には、経過時間TBAが予め決められた下限時間より短い場合においては下限時間における保留時間Tarおよび増加時間Treとなる。なお、上述のアクションA1において説明した減少時間Tcについてはどのような時間であってもよいが、保留時間Tarおよび増加時間Treのとり得る最短時間の合計時間以下であることが望ましく、増加時間Treがとり得る最短時間以下であればさらに望ましい。 The holding time T ar and the increase time T re may be determined as the shortest possible time. In this case, the holding time T ar and increased time T re at lower time when the elapsed time T BA is shorter than the lower limit time determined in advance. Note that the decrease time Tc described in the above-described action A1 may be any time, but is preferably equal to or less than the total time of the shortest time that can be taken by the holding time Tar and the increase time Tre. It is further desirable if the time Tre is less than the shortest possible time.

図8は、本発明の実施形態に係るダンパ情報(入力信号1(e(nΔt))の値)の変化態様(アクションA6の場合)を説明する図である。
この例においては、アクションA6の場合におけるダンパ情報の変化態様は、図8(a)(b)(c)に示すように、アクションA4の場合とは異なるものとして決められている。この例においては、経過時間TAAが短くなるほど、保留時間Tarが長くなる一方、増加時間Treが短くなり、また、これらの合計時間(保留時間Tar+増加時間Tre)が短くなるように決められている。
このように経過時間TAAとダンパ情報の変化態様との関係が決められていることにより、鍵15bcをエンド位置まで押し込まない押鍵操作の後に離鍵操作を行った場合についても、押鍵操作後離鍵操作までの時間に応じて、ダンパ21fが弦21eの振動を抑制する程度を徐々に増大させる状態を再現することができる。
なお、アクションA6の場合のダンパ情報の変化態様は、アクションA4の場合と同じものとして決められていてもよい。
また、アクションA1における処理によりダンパ情報が減少し、「0」に至る前にアクションA6の処理が行われる場合には、ダンパ情報が「0」に至った後にダンパ情報が増加する構成としてもよいし、「0」に至る前の状態であっても減少を停止し増加するように切り替えてもよいし、保留時間Tarの間はダンパ情報が減少し続けるようにしてもよい。
FIG. 8 is a diagram for explaining a change mode (in the case of action A6) of damper information (value of input signal 1 (e K (nΔt))) according to the embodiment of the present invention.
In this example, the change mode of the damper information in the case of action A6 is determined to be different from that in the case of action A4, as shown in FIGS. 8 (a), (b), and (c). In this example, as the elapsed time T AA becomes shorter, the holding time T ar becomes longer, while the increase time T re becomes shorter, and the total time thereof (holding time T ar + increased time T re ) becomes shorter. It is decided so.
By being thus the relationship between the change mode of the elapsed time T AA and damper information determined for the case of performing the key release operation after keystroke not force the key 15bc to the end position is also key depression It is possible to reproduce a state in which the degree to which the damper 21f suppresses the vibration of the string 21e is gradually increased according to the time until the key release operation.
Note that the change mode of the damper information in the case of action A6 may be determined as the same as that in the case of action A4.
Further, when the damper information is reduced by the process in action A1 and the process of action A6 is performed before reaching “0”, the damper information may be increased after the damper information reaches “0”. Then, even in the state before reaching “0”, the decrease may be switched to stop and increase, or the damper information may continue to decrease during the holding time Tar .

図9は、本発明の実施形態に係る鍵15bcの位置の変化とダンパ情報の変化との関係を説明する図である。図9は、上述のグランドピアノ21における例(図20参照)と同様なパターンで鍵15bcの位置が変化する場合のダンパ情報の変化について示したものである。図9上段に示すように、検出位置DHA、DHBは、グランドピアノ21の場合における非接触領域Lcに対応した部分に設けられている。図9中段は、図9上段に示すように鍵15bcの位置を時間変化させた場合におけるダンパ情報(入力信号1(e(nΔt))の値)の変化を示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the change in the position of the key 15bc and the change in the damper information according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 shows changes in damper information when the position of the key 15bc changes in the same pattern as the example (see FIG. 20) in the grand piano 21 described above. As shown in the upper part of FIG. 9, the detection positions DHA and DHB are provided at portions corresponding to the non-contact area Lc in the case of the grand piano 21. The middle part of FIG. 9 shows changes in the damper information (value of the input signal 1 (e K (nΔt))) when the position of the key 15bc is changed with time as shown in the upper part of FIG.

図9に示すダンパ情報と図20に示すダンパ情報に相当する値とは、各図に示すとおり、鍵の位置の変化のパターンが同じであれば、近い変化態様となる。パターンP2においては違いが見られるが、この違いは発音されていない状態である場合がほとんどであり、楽音の再現性には、ほとんど影響を及ぼさない。また、パターンP5からP6にかけてもこれらの値に違いが見られるが、このような場合には、緩やかな離鍵操作となる場合が多い。そのため、ダンパ情報が緩やかに増加する間に消音することになるため、この場合においても楽音の再現性にはほとんど影響を及ぼさない。また、これらの値の減少態様についても押鍵操作の態様により異なる場合があるが、発音されるタイミングにおいては、ほとんどの場合、ダンパ情報が「0」であるため、楽音の再現性にはほとんど影響を及ぼさない。   The damper information shown in FIG. 9 and the value corresponding to the damper information shown in FIG. 20 are close to each other as long as the pattern of change in the key position is the same as shown in each figure. Although there is a difference in the pattern P2, the difference is almost not in a pronounced state, and has little influence on the reproducibility of the musical sound. Further, although there is a difference in these values from the patterns P5 to P6, in such a case, it is often a gentle key release operation. For this reason, the sound is silenced while the damper information is gradually increasing, and in this case, the reproducibility of the musical tone is hardly affected. In addition, although the manner in which these values are reduced may differ depending on the manner in which the key is pressed, in most cases, the damper information is “0” at the timing of sound generation, so the reproducibility of the musical tone is almost not. Has no effect.

以上が鍵イベント変換部110についても説明である。なお、鍵イベント変換部110は、各鍵15bcに対応して設けられていてもよい。この場合には、変換制御部111は、対応する鍵15bcの鍵番号の状態変数を記憶しておけばよく、また、イベント変換処理における鍵番号の特定(ステップS130)については不要である。
続いて、楽音信号合成部100の構成について説明する。
The key event conversion unit 110 has been described above. The key event conversion unit 110 may be provided corresponding to each key 15bc. In this case, the conversion control unit 111 only needs to store the state variable of the key number of the corresponding key 15bc, and is not necessary for specifying the key number in the event conversion process (step S130).
Next, the configuration of the tone signal synthesizer 100 will be described.

[楽音信号合成部100の構成]
図10は、楽音信号合成部100の構成を示すブロック図である。楽音信号合成部100は、以下で説明する複数モデル(ダンパモデル、ハンマモデル、弦モデル、本体モデル、空気モデル)から構成される物理モデルにより、擬似ピアノ音を示す楽音信号を合成する。上述したように、物理モデル計算の前提となるグランドピアノ21は、鍵盤21bには88個の鍵21aが備わっている。そして、各鍵21aに対応して、ハンマ21cが1個、弦21eが1〜3本、ダンパ21fが0〜複数個(弦と複数点で接触することを意味する)、備わっている。なお、弦21eの本数、ダンパ21fの個数については、音域毎に異なるものとなっている。
[Configuration of Music Signal Synthesis Unit 100]
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the tone signal synthesizer 100. The musical sound signal synthesizing unit 100 synthesizes a musical sound signal indicating a pseudo piano sound by a physical model composed of a plurality of models (damper model, hammer model, string model, main body model, air model) described below. As described above, the grand piano 21 which is the premise of the physical model calculation has 88 keys 21a on the keyboard 21b. Corresponding to each key 21a, one hammer 21c, one to three strings 21e, and 0 to a plurality of dampers 21f (meaning that they contact the strings at a plurality of points) are provided. The number of strings 21e and the number of dampers 21f are different for each sound range.

図10に示す楽音信号合成部100は、比較部101、ダンパモデルを対応する弦毎に計算するダンパモデル計算部102−1、102−2、ハンマモデルを計算するハンマモデル計算部103、弦モデルを弦毎に計算する弦モデル計算部104−1、104−2、本体モデルを計算する本体モデル計算部105、および空気モデルを計算する空気モデル計算部106を有する。   The musical tone signal synthesis unit 100 shown in FIG. 10 includes a comparison unit 101, damper model calculation units 102-1 and 102-2 that calculate a damper model for each corresponding string, a hammer model calculation unit 103 that calculates a hammer model, and a string model. String model calculation units 104-1 and 104-2 for calculating a string for each string, a body model calculation unit 105 for calculating a body model, and an air model calculation unit 106 for calculating an air model.

ダンパモデル計算部102−1、102−2は、ダンパモデルにより、ある弦21eの振動を計算する。弦モデル計算部104−1、104−2は、弦モデルにより、ある弦21eの振動を計算する。ハンマモデル計算部103、本体モデル計算部105および空気モデル計算部106は、それぞれハンマモデル、本体モデル、空気モデルにより、ある弦21eの振動を計算する。   The damper model calculation units 102-1 and 102-2 calculate the vibration of a certain string 21e using a damper model. The string model calculation units 104-1 and 104-2 calculate the vibration of a certain string 21e based on the string model. The hammer model calculation unit 103, the main body model calculation unit 105, and the air model calculation unit 106 calculate the vibration of a certain string 21e using the hammer model, the main body model, and the air model, respectively.

比較部101は、ダンパモデル計算部102−1、102−2に接続されている。ダンパモデル計算部102−1、102−2は、それぞれ、弦モデル計算部104−1、104−2に接続されている。ハンマモデル計算部103は、弦モデル計算部104−1、104−2の双方に接続されている。弦モデル計算部104−1、104−2は、本体モデル計算部105と接続されている。本体モデル計算部105は、空気モデル計算部106と接続されている。楽音信号合成部100における出力信号は、空気モデル計算部106から出力される「空気中の観測点における音圧」の波形を示す楽音信号(以下、楽音信号(P(nΔt))という)である。   The comparison unit 101 is connected to the damper model calculation units 102-1 and 102-2. The damper model calculation units 102-1 and 102-2 are connected to the string model calculation units 104-1 and 104-2, respectively. The hammer model calculation unit 103 is connected to both the string model calculation units 104-1 and 104-2. The string model calculation units 104-1 and 104-2 are connected to the main body model calculation unit 105. The main body model calculation unit 105 is connected to the air model calculation unit 106. The output signal in the tone signal synthesis unit 100 is a tone signal (hereinafter referred to as a tone signal (P (nΔt))) indicating a waveform of “sound pressure at an observation point in the air” output from the air model calculation unit 106. .

図10に示す楽音信号合成部100は、特定の鍵21aにおいて、対応する弦21eが2本である場合の物理モデルを用いた場合を示している。すなわち、図10に示す楽音信号合成部100の楽音信号合成処理によって得られる楽音信号は、特定の鍵21aにおいて、対応する弦21eが2本である場合の物理モデルによるものである。そのため、本体モデルを計算する本体モデル計算部105に対して、弦モデルを計算する弦モデル計算部104−1、104−2が並列に接続されている。ここで、特定の鍵21aにおいて、対応する弦21eが3本以上であれば、本体モデル計算部105に対して、並列に接続される弦モデル計算部104−iw(iw=3,4,・・・)および弦モデルに接続されるダンパモデル計算部102−iw(iw=3,4,・・・)を増やせばよい。   The musical sound signal synthesis unit 100 shown in FIG. 10 shows a case where a physical model is used in the case where there are two corresponding strings 21e in a specific key 21a. That is, the musical tone signal obtained by the musical tone signal synthesizing process of the musical tone signal synthesizing unit 100 shown in FIG. 10 is based on a physical model in the case where there are two corresponding strings 21e in the specific key 21a. For this reason, string model calculation units 104-1 and 104-2 for calculating string models are connected in parallel to the body model calculation unit 105 for calculating the body model. Here, in the specific key 21a, if there are three or more corresponding strings 21e, the string model calculation unit 104-iw (iw = 3,4,. ..) And the damper model calculation unit 102-iw (iw = 3, 4,...) Connected to the string model may be increased.

グランドピアノ21においては鍵21aが複数存在するため、楽音信号合成部100は、実際には、各鍵21aに対応して、比較部101、ダンパモデル計算部102、ハンマモデル計算部103および弦モデル計算部104の組を有し、各鍵21aに対応する弦モデル計算部104が、本体モデル計算部105に接続されている構成になっている。図10においては、これらの構成を全てを記載すると、上記の組が88組必要となり、記載が煩雑になるため、対応する弦21eが2本である特定の鍵21aに注目した構成の部分を抜き出した構成の楽音信号合成部100を示している。
上述した入力信号1、2については、鍵番号に対応して鍵イベント変換部110から出力されるため、その鍵番号に対応した比較部101、ハンマモデル計算部103に入力される。
以下、楽音信号合成処理の物理モデルについて説明する。
Since there are a plurality of keys 21 a in the grand piano 21, the musical sound signal synthesis unit 100 actually corresponds to each key 21 a, the comparison unit 101, the damper model calculation unit 102, the hammer model calculation unit 103, and the string model. A string model calculation unit 104 having a set of calculation units 104 and corresponding to each key 21 a is connected to the main body model calculation unit 105. In FIG. 10, if all of these configurations are described, 88 sets are required, and the description becomes complicated. Therefore, the portion of the configuration focusing on a specific key 21a having two corresponding strings 21e is shown. The musical tone signal synthesis unit 100 with the extracted configuration is shown.
Since the input signals 1 and 2 described above are output from the key event conversion unit 110 corresponding to the key number, they are input to the comparison unit 101 and the hammer model calculation unit 103 corresponding to the key number.
Hereinafter, a physical model of the tone signal synthesis process will be described.

まず、この例における楽音信号合成部100における楽音信号合成処理の物理モデルにおいては、以下に示す27の仮定がなされている。
(仮定1)重力は無視する。
(仮定2)軸力を受けて真っ直ぐに静止している状態(以下、静的平衡状態という)にある弦は細長い円柱形状であるものとする。
(仮定3)弦の太さは不変であるものとする。即ち、はり理論を採用するものとする。
(仮定4)弦の中心軸に垂直な断面は、変形後も平面を保ち、かつ中心軸に垂直であるものとする。即ち、ベルヌイ・オイラーの仮定を採用するものとする。
(仮定5)弦の振幅は小さいが、必ずしも微小ではないものとする。
(仮定6)弦は均質であるものとする。
(仮定7)弦の応力は、ひずみに比例する成分とひずみ速度に比例する成分の和として与えられるものとする。即ち、弦には内部粘性減衰(剛性比例粘性減衰ともいう)が働くものとする。
(仮定8)弦の一端は本体の一部であるベアリング上の点で支持され、他の一端は本体の一部である駒上の点で支持されているものとする。(弦は支持端において回転を拘束されないものとする。)
(仮定9)弦と空気との間の作用・反作用は無視する。
(仮定10)ハンマの弦に接触する部分(以下、ハンマ先端という)の形状は、円柱状であるものとし、その円柱の底面半径は無限小であるとし、その円柱の高さは他の弦と干渉しない程度であるものとする。
(仮定11)1個のハンマに対応する弦が複数本ある場合には、それらの弦の静的平衡状態における中心軸は、同一平面上にあるものとする。
(仮定12)1個のハンマに対応する弦が複数本ある場合には、その1個のハンマは、それらの弦の数と同じ数のハンマ先端を有するものとする。
(仮定13)ハンマ先端(円柱)の中心軸の方向は、静的平衡状態にある弦(円柱)の中心軸の方向に直交するものとする。
(仮定14)ハンマ重心は1つの直線上でのみ運動するものとする。
(仮定15)ハンマ重心の運動方向は、ハンマ先端(円柱)の中心軸の方向と静的平衡状態にある弦(円柱)の中心軸の方向の両方に直交するものとする。
(仮定16)ハンマの変形する方向は、ハンマ重心の運動方向に一致しているものとする。
(仮定17)ハンマの圧縮力-圧縮量関係式は、指数を正の実数とするべき関数で与えられるものとする。
(仮定18)ハンマ先端と弦表面との間には摩擦は無いものとする。
(仮定19)ハンマと空気との間の作用・反作用は無視する。
(仮定20)ダンパが備わっている弦については、弦の曲げ振動を静止させようとするダンパによる抵抗力が、弦の中心軸上の点(以下、止音点という)に作用するものとする。
(仮定21)ダンパの抵抗力−速度関係式は、1次式で与えられるものとする。
(仮定22)本体の振幅は微小であるものとする。
(仮定23)本体は近似的に比例粘性減衰系として扱えるものとする。
(仮定24)本体が空気から受ける反作用は無視する。
(仮定25)空気は均質であるものとする。
(仮定26)空気の圧力-体積ひずみ関係式は、1次式で与えられるものとする。
(仮定27)空気は渦無しであるとする。
First, in the physical model of the musical tone signal synthesis process in the musical tone signal synthesis unit 100 in this example, the following 27 assumptions are made.
(Assumption 1) Gravity is ignored.
(Assumption 2) It is assumed that a string in a state where it is straightly stopped by receiving an axial force (hereinafter referred to as a static equilibrium state) has an elongated cylindrical shape.
(Assumption 3) The thickness of the string is assumed to be unchanged. That is, the beam theory is adopted.
(Assumption 4) The cross section perpendicular to the central axis of the chord is assumed to be flat after deformation and perpendicular to the central axis. That is, Bernoulli Euler's assumption is adopted.
(Assumption 5) The amplitude of the string is small but not necessarily very small.
(Assumption 6) The strings are assumed to be homogeneous.
(Assumption 7) The string stress is given as the sum of a component proportional to strain and a component proportional to strain rate. That is, it is assumed that internal viscous damping (also referred to as rigidity proportional viscous damping) acts on the string.
(Assumption 8) One end of the string is supported by a point on a bearing which is a part of the main body, and the other end is supported by a point on a piece which is a part of the main body. (The string shall not be constrained from rotating at the support end.)
(Assumption 9) The action / reaction between the string and air is ignored.
(Assumption 10) The shape of the portion in contact with the string of the hammer (hereinafter referred to as the tip of the hammer) is assumed to be cylindrical, the bottom radius of the cylinder is infinitely small, and the height of the cylinder is the other string To the extent that it does not interfere with.
(Assumption 11) When there are a plurality of strings corresponding to one hammer, the central axes of these strings in a static equilibrium state are on the same plane.
(Assumption 12) When there are a plurality of strings corresponding to one hammer, the one hammer has the same number of hammer tips as the number of the strings.
(Assumption 13) The direction of the central axis of the tip of the hammer (cylinder) is orthogonal to the direction of the central axis of the string (cylinder) in a static equilibrium state.
(Assumption 14) The center of gravity of the hammer moves only on one straight line.
(Assumption 15) The movement direction of the center of gravity of the hammer is orthogonal to both the direction of the central axis of the tip of the hammer (cylinder) and the direction of the central axis of the string (cylinder) in a static equilibrium state.
(Assumption 16) It is assumed that the direction in which the hammer deforms coincides with the movement direction of the center of gravity of the hammer.
(Assumption 17) The hammer compression force-compression amount relational expression is assumed to be given by a function whose exponent should be a positive real number.
(Assumption 18) It is assumed that there is no friction between the hammer tip and the string surface.
(Assumption 19) The action / reaction between the hammer and air is ignored.
(Assumption 20) For a string equipped with a damper, the resistance force by the damper that tries to stop the bending vibration of the string acts on a point on the central axis of the string (hereinafter referred to as a sound stop point). .
(Assumption 21) The resistance force-speed relational expression of the damper is given by a linear expression.
(Assumption 22) It is assumed that the amplitude of the main body is very small.
(Assumption 23) It is assumed that the main body can be approximately treated as a proportional viscous damping system.
(Assumption 24) The reaction that the main body receives from the air is ignored.
(Assumption 25) Air is assumed to be homogeneous.
(Assumption 26) It is assumed that the air pressure-volume strain relational expression is given by a linear expression.
(Assumption 27) It is assumed that the air has no vortex.

また、この例における弦の物体座標の表現には、右手系(x,y,z)を用いる。ここで、静的平衡状態にある弦の中心軸にx軸を一致させ、ベアリング側支持端を原点(0,0,0)とし、駒側支持端がx>0なる領域に含まれる様にx軸の方向を定め、ハンマ重心の打弦時運動方向をz軸の正方向と定める。また、本体および空気の物体座標の表現には、右手系(X,Y,Z)を用いる。時刻の進行(時間変数)はtで表す。   Further, the right-handed system (x, y, z) is used to represent the object coordinates of the string in this example. Here, the x axis is aligned with the central axis of the string in a static equilibrium state, the bearing side support end is the origin (0, 0, 0), and the piece side support end is included in the region where x> 0. The direction of the x-axis is determined, and the direction of movement of the hammer center of gravity when struck is determined as the positive direction of the z-axis. Further, the right-handed system (X, Y, Z) is used to represent the body and air object coordinates. Time progress (time variable) is represented by t.

以下、この例において説明する各パラメータを表す記号について説明する。   Hereinafter, symbols representing each parameter described in this example will be described.

以下の「数1」から「数5」については、各モデルの計算にあたって入力される情報である。「数1」は、時刻の進行に伴い変動するパラメータ(時間変動パラメータ)である。一方、「数2」から「数5」は、時刻の進行に伴う変動が無いパラメータ(時間不変パラメータ)であって、予め設定されるものである。   The following “Equation 1” to “Equation 5” are information input in the calculation of each model. “Equation 1” is a parameter (time variation parameter) that varies with time. On the other hand, “Equation 2” to “Equation 5” are parameters that do not vary with the progress of time (time invariant parameters) and are preset.

以下の「数1」は、演奏に関するパラメータ、即ち、楽音信号合成部100における入力信号に相当するものを示している。鍵、弦、ハンマ、ダンパ、本体は、それぞれ、標準的なグランドピアノ21の構成要素21a、21e、21c、21f、21jを示す。   The following “Equation 1” indicates a parameter relating to performance, that is, a parameter corresponding to an input signal in the musical tone signal synthesis unit 100. Keys, strings, hammers, dampers, and main bodies indicate the components 21a, 21e, 21c, 21f, and 21j of the standard grand piano 21, respectively.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数2」は、設計に関するパラメータである。   The following “Equation 2” is a parameter relating to design.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数3」は、本体の設計および空気中観測点の位置に関するパラメータである。   The following “Equation 3” is a parameter related to the design of the main body and the position of the observation point in the air.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数4」は、調律に関するパラメータである。   The following “Equation 4” is a parameter related to tuning.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数5」は、数値計算に関するパラメータである。   The following “Equation 5” is a parameter related to numerical calculation.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数6」は、各モデルの計算により出力される情報、即ち、楽音信号である。   The following “Equation 6” is information output by calculation of each model, that is, a musical tone signal.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数7」、「数8」、「数9」は、各モデルの計算上必要なその他のパラメータである。   The following “Equation 7”, “Equation 8”, and “Equation 9” are other parameters necessary for calculation of each model.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

ここで、1個のハンマに対応する弦が1本の場合には、Z、X、Y、およびθが与えられると、βk’kは一意に定まる。1個のハンマに対応する弦が複数本ある場合には、Z、X、Yが与えられると、βk’kは一意に定まる。 Here, in the case where there is one string corresponding to one hammer, if Z B , X B , Y B , and θ H are given, β k′k is uniquely determined. When there are a plurality of strings corresponding to one hammer, β k′k is uniquely determined when Z B , X B , and Y B are given.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下の「数10」は、上記各パラメータにおいて上付き文字として記載されているインデックスの説明である。   The following “Equation 10” is an explanation of an index described as a superscript in each parameter.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以下、この例における楽音信号合成部100の各部の処理内容について、図10を用いて順に説明する。なお、以後の説明においては、インデックスを全て書くと式が煩雑になって読みづらくなるため、説明上不可欠な場合を除いて、省略することとする。   Hereinafter, the processing contents of each unit of the tone signal synthesis unit 100 in this example will be described in order with reference to FIG. In the following description, if all the indexes are written, the formula becomes complicated and difficult to read.

また、変数e(t)、e(t)、e(t)には初期値(t=0における値)として「1」が設定されている。即ち、鍵(黒鍵15b、白鍵15c)の押し込み、ダンパペダル16a、シフトペダル16bの踏み込みはされていない状態として設定されている。また、その他の全ての「t」に関する変数には、初期値として「0」が設定されているものとする。 In addition, “1” is set as an initial value (value at t = 0) in the variables e K (t), e P (t), and e S (t). That is, the key (black key 15b, white key 15c) is not depressed, and the damper pedal 16a and shift pedal 16b are not depressed. Further, it is assumed that “0” is set as an initial value for all other variables relating to “t”.

比較部101は、入力信号1(e(nΔt))および入力信号3(e(nΔt))を取得し、小さい方の値をe(nΔt)として出力する。したがって、ダンパペダル16aが踏み込まれていない状態においては、e(nΔt)=e(nΔt)である。これは、以下の式(1)で表される。なお、入力信号1(e(nΔt))については、上述したように鍵イベント変換部110から出力される信号であり、その値はダンパ情報に対応している。入力信号3(e(nΔt))についてはペダルイベント変換部120から出力される信号である。 The comparison unit 101 acquires the input signal 1 (e K (nΔt)) and the input signal 3 (e P (nΔt)), and outputs the smaller value as e D (nΔt). Therefore, e D (nΔt) = e K (nΔt) when the damper pedal 16a is not depressed. This is expressed by the following formula (1). Note that the input signal 1 (e K (nΔt)) is a signal output from the key event conversion unit 110 as described above, and its value corresponds to the damper information. The input signal 3 (e P (nΔt)) is a signal output from the pedal event conversion unit 120.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

[ダンパモデル]
ダンパモデル計算部102は、1番目の弦(iw=1)に対応するダンパについて計算するダンパモデル計算部102−1、2番目の弦(iw=2)に対応するダンパについて計算するダンパモデル計算部102−2を有する。以下の説明においては、弦のインデックスが異なるだけであるから、ダンパモデル計算部102として説明する。なお、弦が3本以上存在する場合には、上述したように、ダンパモデル計算部102−iw(iw=3,4,・・・)を弦(iw=3,4,・・・)に対応させて設ければよい。
[Damper model]
The damper model calculation unit 102 calculates the damper model calculation unit 102-1 that calculates the damper corresponding to the first string (iw = 1), and the damper model calculation that calculates the damper corresponding to the first string (iw = 2). Part 102-2. In the following description, only the index of the string is different, so that the damper model calculation unit 102 will be described. When there are three or more strings, as described above, the damper model calculation unit 102-iw (iw = 3,4,...) Is replaced with the string (iw = 3,4,...). It may be provided in correspondence.

弦モデル計算部104は、1番目の弦(iw=1)について計算する弦モデル計算部104−1、2番目の弦(iw=2)について計算する弦モデル計算部104−2を有する。以下の説明においては、弦のインデックスが異なるだけであるから、弦モデル計算部104として説明する。なお、弦が3本以上存在する場合には、上述したように、弦モデル計算部104−iw(iw=3,4,・・・)を、本体モデル105に対して並列に設ければよい。(弦モデル計算部104の計算については、後述する。)   The string model calculation unit 104 includes a string model calculation unit 104-1 for calculating the first string (iw = 1) and a string model calculation unit 104-2 for calculating the first string (iw = 2). In the following description, the string model calculation unit 104 is described because only the string index is different. When there are three or more strings, the string model calculation unit 104-iw (iw = 3, 4,...) May be provided in parallel to the main body model 105 as described above. . (The calculation of the string model calculation unit 104 will be described later.)

ダンパモデル計算部102は、比較部101から出力されるe(nΔt)、および後述するようにして弦モデル計算部104から出力されるu(x,nΔt)(k=1,3)を取得して、これらを用いて、以下に示す計算を行った結果得られるfDk(nΔt)を弦モデル計算部104に出力する。 The damper model calculation unit 102 outputs e D (nΔt) output from the comparison unit 101 and u k (x D , nΔt) (k = 1, 3) output from the string model calculation unit 104 as described later. And using these, f Dk (nΔt) obtained as a result of the following calculation is output to the string model calculation unit 104.

以下、ダンパモデル計算部102における計算について説明する。   Hereinafter, the calculation in the damper model calculation unit 102 will be described.

初期状態におけるピアノの弦は、ダンパによって振動を抑制された状態にある。ピアノの鍵を押し込んでいくと、対応するダンパが対応する弦から徐々に離れ出し、やがて弦はダンパの抵抗から完全に解放され、ハンマによる打弦に備える。また、ピアノにおいては、鍵の押込量だけでなくダンパペダルの踏込量によってもダンパと弦との接触度合を変えることができ、音の止まり方や弦共鳴の度合をきめ細かく制御することができる。   The piano string in the initial state is in a state where vibration is suppressed by the damper. As the piano keys are pushed in, the corresponding dampers gradually move away from the corresponding strings and eventually the strings are completely released from the resistance of the dampers to prepare for hammering. In the piano, the degree of contact between the damper and the string can be changed not only by the key depression amount but also by the depression amount of the damper pedal, and the way of stopping the sound and the degree of string resonance can be finely controlled.

このようなピアノにおけるダンパのメカニズムは、以下の式(2)に示すダンパの抵抗力fDk(t)とダンパ変形量u(x,t)との関係式をもって簡潔に表現することができる。 The mechanism of the damper in such a piano can be expressed concisely by the relational expression between the resistance force f Dk (t) of the damper and the deformation amount u k (x D , t) of the damper shown in the following formula (2). it can.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

この例においては、比較部101から出力されるe(nΔt)を式(2)に代入することで、ダンパの粘性係数に相当する量「b(nΔt)」を離散時間軸(t=nΔt; n=0,1,2,・・・)上で逐次変化させるというアイデアにより、自然楽器のピアノと同様な自然で連続的な止音および弦共鳴の制御を可能にしている。
以上が、ダンパモデル計算部102の説明である。
In this example, by substituting e D (nΔt) output from the comparison unit 101 into the equation (2), an amount “b D e D (nΔt)” corresponding to the viscosity coefficient of the damper is changed to a discrete time axis ( (t = nΔt; n = 0, 1, 2,...), the idea of sequentially changing the sound is to enable natural and continuous stop and string resonance control similar to a natural musical instrument piano.
The above is the description of the damper model calculation unit 102.

[ハンマモデル]
ハンマモデル計算部103は、入力信号2(V(nΔt))および入力信号4(e(nΔt))を取得し、また、後述するようにして弦モデル計算部104から出力されるu(x,nΔt)を取得し、これらを用いて、以下に示す計算を行った結果得られるf(nΔt)を弦モデル計算部104に出力する。なお、入力信号2(V(nΔt))については、上述したように鍵イベント変換部110から出力される信号である。入力信号4(e(nΔt))についてはペダルイベント変換部120から出力される信号である。
[Hama model]
The hammer model calculation unit 103 acquires the input signal 2 (V H (nΔt)) and the input signal 4 (e S (nΔt)), and outputs u 1 output from the string model calculation unit 104 as described later. (X H , nΔt) is acquired, and using these, f H (nΔt) obtained as a result of the following calculation is output to the string model calculation unit 104. Note that the input signal 2 (V H (nΔt)) is a signal output from the key event conversion unit 110 as described above. The input signal 4 (e S (nΔt)) is a signal output from the pedal event conversion unit 120.

以下、ハンマモデル計算部103における計算について説明する。   Hereinafter, the calculation in the hammer model calculation unit 103 will be described.

上述した物理モデルに関する仮定に、ニュートンの運動の法則を適用するとハンマの運動方程式は、式(3)のように書かれる。   When Newton's law of motion is applied to the assumptions regarding the physical model described above, Hammer's equation of motion is written as shown in Equation (3).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

また、ハンマ先端が弦表面に及ぼす力とハンマ圧縮量の関係式は、式(4)のようになる。   The relational expression between the force exerted by the hammer tip on the string surface and the amount of compression of the hammer is as shown in Expression (4).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

ただし、ハンマ先端が弦表面に接触しているときは式(5)、ハンマ先端が弦表面から離れているときは式(6)、(7)が適用される。   However, when the hammer tip is in contact with the string surface, the equation (5) is applied, and when the hammer tip is separated from the string surface, the equations (6) and (7) are applied.

Figure 0005935252
Figure 0005935252

上述のようにして鍵イベント変換部110におけるイベント変換処理により得られる励起情報に基づいてハンマ速度V(t)が与えられるとき、ハンマ先端が弦表面から離れているという条件のもとに、w(t)=W、dw(t)/dt=V(t)として、ハンマの状態を初期化すればよい。 When the hammer speed V H (t) is given based on the excitation information obtained by the event conversion process in the key event conversion unit 110 as described above, under the condition that the hammer tip is away from the string surface, The state of the hammer may be initialized as w H (t) = W H , dw H (t) / dt = V H (t).

さて、ピアノにおけるシフトペダルのメカニズムとは、それを踏み込むとハンマの位置が高音側へシフトし、ハンマの弦に接触する部分を変化させる、あるいは、ハンマと一部の弦との接触を不完全な状態にすることによって音色を制御するという機構であるが、この例においては、入力信号4(e [iS](nΔt))を式(4)に代入することにより、ハンマの弾性係数に相当する量K [iS](nΔt)を離散時間軸(t=nΔt; n=0,1,2,・・・)上で逐次変化させるというアイデアにより、自然楽器のピアノと同様な自然で連続的な音色の制御を可能にしている。以上が、ハンマモデル計算部103の説明である。 Now, what is the mechanism of a shift pedal in a piano? When you depress it, the position of the hammer shifts to the treble side, changing the part that contacts the string of the hammer, or incomplete contact between the hammer and some strings In this example, by substituting the input signal 4 (e S [iS] (nΔt)) into the equation (4), the elastic coefficient of the hammer is controlled. The equivalent amount K H e S [iS] (nΔt) is sequentially changed on the discrete time axis (t = nΔt; n = 0, 1, 2,. It enables natural and continuous tone control. The above is the description of the hammer model calculation unit 103.

[弦モデル]
弦モデル計算部104は、弦に及ぼす力となる、ダンパモデル計算部102から出力されるfDk(nΔt)(k=1,3)およびハンマモデル計算部103から出力されるf(nΔt)、また、後述するようにして本体モデル計算部105から出力されるuBk(nΔt)(k=1,2,3)をそれぞれ取得し、これらを用いて、以下に示す計算を行った結果得られるfBk(nΔt)(k=1,2,3)を本体モデル計算部105に出力し、また、u(x,nΔt)(k=1,3)をダンパモデル計算部102に出力し、u(x,nΔt)をハンマモデル計算部103に出力する。
[String model]
The string model calculation unit 104 outputs f Dk (nΔt) (k = 1, 3) output from the damper model calculation unit 102 and f H (nΔt) output from the hammer model calculation unit 103, which are forces acting on the strings. In addition, as described later, u Bk (nΔt) (k = 1, 2, 3) output from the main body model calculation unit 105 is acquired, and the results obtained by performing the following calculation using these are obtained. F Bk (nΔt) (k = 1, 2, 3) is output to the main body model calculation unit 105, and u k (x D , nΔt) (k = 1, 3) is output to the damper model calculation unit 102. Then, u 1 (x H , nΔt) is output to the hammer model calculation unit 103.

以下、弦モデル計算部104における計算について説明する。   Hereinafter, calculation in the string model calculation unit 104 will be described.

上述した物理モデルに関する仮定において、ニュートンの運動の法則を適用すると弦の運動方程式は、式(8)、(9)、(10)のように書かれる。   When the Newton's law of motion is applied to the assumptions regarding the physical model described above, the equation of motion of the string is written as in the equations (8), (9), and (10).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

ただし、式(8)および式(10)において、有限振幅に起因する非線形項は、それによる効果が小さいため省略してある。同様に、式(9)において、ハンマが弦軸方向に与える力についても、それによる効果が小さいため省略してある。なお、式(8)はハンマ重心の運動方向に対応する弦の曲げ振動に、式(10)はハンマ重心の運動方向とは直交する方向に対応する弦の曲げ振動に、式(9)は弦の縦振動に、それぞれ対応している。   However, in the equations (8) and (10), the nonlinear term due to the finite amplitude is omitted because the effect due to this is small. Similarly, in the formula (9), the force applied by the hammer in the chord axis direction is omitted because the effect of the force is small. Equation (8) is the bending vibration of the string corresponding to the movement direction of the hammer center of gravity, Equation (10) is the bending vibration of the string corresponding to the direction orthogonal to the movement direction of the hammer gravity center, and Equation (9) is Corresponds to the vertical vibration of the strings.

また、弦の境界条件は、式(11)、(12)のように書かれる。   Further, the string boundary condition is written as in the equations (11) and (12).

Figure 0005935252
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いま、「弦の変位」を「2つの支持端を結んだ直線に対する相対変位」と「2つの支持端を結んだ直線の変位」との和によって表した上で、更に、「2つの支持端を結んだ直線に対する相対変位」を「任意の時間関数を係数とする有限フーリエ正弦級数」によって表すことにする。即ち、「弦の変位」を式(13)により表現する。ここで、式(13)に含まれる正弦関数は、弦中心軸の弦支持端における変位を拘束した場合の弦の固有振動モードに他ならない。また、「2つの支持端を結んだ直線の変位」とは、「弦支持端の変位による弦の静的な変位」を意味している。   Now, “string displacement” is expressed by the sum of “relative displacement with respect to a straight line connecting two support ends” and “displacement of a straight line connecting two support ends”, and further, “two support ends. "Relative displacement with respect to a straight line connecting the two" is expressed by "a finite Fourier sine series with an arbitrary time function as a coefficient". That is, “string displacement” is expressed by equation (13). Here, the sine function included in Expression (13) is nothing but the natural vibration mode of the string when the displacement at the string support end of the string center axis is constrained. Further, “a linear displacement connecting two support ends” means “a static displacement of a string due to a displacement of a string support end”.

Figure 0005935252
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このとき、式(13)は任意の時刻tについて境界条件式(11)、(12)を満足している。
偏微分方程式(式(8)、(9)、(10))に式(13)を代入してから、sin(ikπx/l)(ik=1,2,・・・,Mk; k=1,2,3)をそれぞれ掛けて区間「0≦x≦l」で積分すると、以下に示す2階常微分方程式(式(14)、(15)、(16))が導かれる。
At this time, the expression (13) satisfies the boundary condition expressions (11) and (12) for an arbitrary time t.
After substituting equation (13) into the partial differential equation (equations (8), (9), (10)), sin (ikπx / l) (ik = 1, 2,..., Mk; k = 1 , 2, 3) and integrating in the interval “0 ≦ x ≦ l”, the following second-order ordinary differential equations (Equations (14), (15), (16)) are derived.

Figure 0005935252
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Figure 0005935252
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弦が弦支持端に及ぼす力と支持端変位との関係式は、式(25)、(26)のように書かれる。   The relational expression between the force exerted by the string on the string support end and the support end displacement is written as in Expressions (25) and (26).

Figure 0005935252
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更に、式(25)、(26)に式(13)を代入することによって、式(28)、(29)が導かれる。ただし、非線形項と回転慣性に関する項は省略した。   Further, by substituting equation (13) into equations (25) and (26), equations (28) and (29) are derived. However, the terms related to nonlinear terms and rotational inertia were omitted.

Figure 0005935252
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また、打弦点および止音点の変位は、式(13)より、式(30)、(31)のように書かれる。   Further, the displacement of the string hitting point and the sound stopping point is written as in the equations (30) and (31) from the equation (13).

Figure 0005935252
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以上が、弦モデル計算部104の説明である。   The above is the description of the string model calculation unit 104.

[本体モデル]
本体モデル計算部105は、弦モデル計算部104から出力されるfBk(nΔt)を取得し、これを用いて、以下に示す計算を行った結果得られるA(nΔt)を空気モデル計算部106に出力し、uBk(nΔt)(k=1,2,3)を弦モデル計算部104に出力する。
[Body model]
The body model calculation unit 105 obtains f Bk (nΔt) output from the string model calculation unit 104, and uses this to calculate A C (nΔt) obtained as a result of the following calculation. 106, and u Bk (nΔt) (k = 1, 2, 3) is output to the string model calculation unit 104.

以下、本体モデル計算部105における計算について説明する。   Hereinafter, the calculation in the main body model calculation unit 105 will be described.

上述した物理モデルに関する仮定により、本体の運動方程式は、以下のようなモード毎の2階常微分方程式(式(32))として記述することができる。   Based on the assumptions regarding the physical model described above, the equation of motion of the main body can be described as a second-order ordinary differential equation (equation (32)) for each mode as follows.

Figure 0005935252
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ところで、ピアノの本体は、木材や金属などから構成されるが、このうち、木材は「低周波成分に比べ高周波成分の振動減衰能が大きい」という特徴を有しており、このことがピアノ(あるいは木材で本体を構成された楽器)特有の「耳に心地よく温かい響き」の原因ともなっている。このような木材の音響的性質は、木材を「弾性係数と構造減衰係数の両方に3次元直交異方性を有する材料」としてモデル化することによって説明することができる(例えば参考文献1:日本機械学会(編). 先端複合材料,pp.68-70. 技報堂出版,1990.)。   By the way, the main body of the piano is made of wood, metal, etc. Among them, wood has the feature that “the vibration damping ability of the high frequency component is larger than the low frequency component”, and this is the piano ( It is also the cause of the “sound that is comfortable in the ears and warm” that is peculiar to a musical instrument whose main body is made of wood. Such acoustic properties of wood can be explained by modeling wood as “a material having three-dimensional orthotropic anisotropy in both elastic modulus and structural damping coefficient” (for example, Reference 1: Japan). The Society of Mechanical Engineers (ed.). Advanced Composite Materials, pp.68-70. Gihodo Publishing, 1990.).

「弾性係数と構造減衰係数の両方に3次元直交異方性を有する材料」を含むように構成された本体モデルは、一般構造減衰系(非比例構造減衰系、あるいは、一般ヒステリシス減衰系ともいう)となるため、実固有値解析によって減衰行列を対角化することができない(参考文献2)が、ここでは、減衰行列の非対角項を無視することによって、近似的に比例構造減衰系(比例ヒステリシス減衰系ともいう)とみなすことにする。
(参考文献2:長松昭男. モード解析. 培風館,1985.)
The main body model configured to include “a material having three-dimensional orthogonal anisotropy in both elastic modulus and structural damping coefficient” is also called a general structural damping system (non-proportional structural damping system or general hysteresis damping system). Therefore, the attenuation matrix cannot be diagonalized by real eigenvalue analysis (Reference Document 2), but here, by ignoring the off-diagonal terms of the attenuation matrix, the proportional structure damping system ( It is also referred to as a proportional hysteresis damping system).
(Reference 2: Akio Nagamatsu. Modal analysis. Baifukan, 1985.)

更に、比例構造減衰系を比例粘性減衰系で近似する、即ち、「モード構造減衰係数/2」でモード減衰比を表すこととする。このとき、式(32)に含まれる固有角振動数、モード減衰比、固有振動モードは、任意3次元形状の本体に対し、商用の有限要素法ソフトを用いた実固有値解析を行うことによって算出することができる。ここで、モード減衰比は、近似的モード減衰比というべきものであるが、ここでは、便宜上、単にモード減衰比ということとする。
なお、弦支持端の変位は、以下の式(34)を用いることによって算出できる。
Further, the proportional damping system is approximated by a proportional viscous damping system, that is, the mode damping ratio is expressed by “mode structure damping coefficient / 2”. At this time, the natural angular frequency, mode damping ratio, and natural vibration mode included in Equation (32) are calculated by performing real eigenvalue analysis using a commercial finite element method software on the body of an arbitrary three-dimensional shape. can do. Here, the mode damping ratio should be an approximate mode damping ratio, but here, it is simply referred to as a mode damping ratio for convenience.
The displacement of the string support end can be calculated by using the following formula (34).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

以上が、本体モデル計算部105の説明である。   The above is the description of the main body model calculation unit 105.

[運動方程式の求解]
次に、上記の各モデルにおける運動方程式の解法の例について説明する。以下の説明では、ハンマの運動方程式(上記式(3))、弦のモード毎運動方程式(上記式(14)、(15)、(16))、および本体のモード毎運動方程式(上記式(32))をまとめて、「ハンマ−弦−本体の運動方程式」と呼ぶことにする。これらの運動方程式に、上記式(2)、(4)、(5)、(6)、(28)、(29)、(30)、(31)、(34)を代入することにより、部分構造間の相互作用を表す変数fDk [iD](t)、f [iW](t)、w(t)、fBk [iB](t)、u(x,t)、u(x [iD],t)、uBk [iB](t)を消去すれば、「ハンマ−弦−本体の運動方程式」は、ハンマ重心の変位wH(t)、弦の各固有振動モードのモード座標上での変位A [mk](t)(mk=1,2,・・・,Mk; k=1,2,3)、本体の各固有振動モードのモード座標上での変位A [m](t)(m=1,2,・・・,M)に関する連立非線形常微分方程式となる。いま、初期条件として演奏前の状態、即ち、静止状態を設定することにより、ここで扱っている問題は、いわゆる「連立非線形常微分方程式の初期値問題」と考えることができる。「連立非線形常微分方程式の初期値問題」は、なんらかの数値積分法(参考文献3)を用いることで、連立非線形代数方程式を離散時間軸上で逐次解いていく問題に変換することができる。
(参考文献3:日本機械学会編. 数値積分法の基礎と応用. コロナ社,2003.)
以下に、いくつかの解法例を示す。
[Following equations of motion]
Next, an example of solving the equation of motion in each of the above models will be described. In the following description, the equation of motion of the hammer (the above equation (3)), the equation of motion for each mode of the string (the above equations (14), (15), (16)), and the equation of motion for each mode of the main body (the above equation ( 32)) will be collectively referred to as “hammer-string-body motion equation”. By substituting the above equations (2), (4), (5), (6), (28), (29), (30), (31), (34) into these equations of motion, variables f Dk that represents the interaction between the structure [iD] (t), f H [iW] (t), w e (t), f Bk [iB] (t), u 1 (x H, t), If u k (x D [iD] , t) and u Bk [iB] (t) are deleted, the “hammer-string-body equation of motion” gives the displacement w H (t) of the center of gravity of the hammer, each string Displacement A k [mk] (t) (m k = 1, 2,..., M k ; k = 1, 2, 3) on the mode coordinates of the natural vibration mode, each natural vibration mode mode of the main body This is a simultaneous nonlinear ordinary differential equation related to the displacement A C [m] (t) (m = 1, 2,..., M) on the coordinates. Now, by setting a state before performance, that is, a stationary state as an initial condition, the problem dealt with here can be considered as a so-called “initial value problem of simultaneous nonlinear ordinary differential equations”. The “initial value problem of simultaneous nonlinear ordinary differential equations” can be converted into a problem in which simultaneous nonlinear algebraic equations are sequentially solved on a discrete time axis by using some numerical integration method (reference document 3).
(Reference 3: The Japan Society of Mechanical Engineers. Fundamentals and applications of numerical integration. Corona, 2003.)
Below are some examples of solutions.

[全体をまとめて解く方法]
まず、ハンマモデル、弦モデル、本体モデルの運動方程式全体をまとめて解く方法を示す。上記の「ハンマ−弦−本体の運動方程式」(連立非線形常微分方程式)にニューマークβ法を適用すると、「ハンマ重心の加速度あるいは加速度増分」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での加速度あるいは加速度増分」、および、「本体の各固有振動モードのモード座標上での加速度あるいは加速度増分」を未知量とする連立非線形代数方程式を導出することができる。ここで、「加速度あるいは加速度増分」と書いた理由は、ニューマークβ法として知られている数値積分法には、加速度を未知量とするアルゴリズムと、加速度増分を未知量とするアルゴリズムとの2通りが存在することによるものである。
[How to solve the whole]
First, we show how to solve the equations of motion for the hammer model, string model, and body model all together. Applying the Newmark β method to the above “hammer-string-body motion equation” (simultaneous nonlinear ordinary differential equation), “hammer center of gravity acceleration or acceleration increment”, “mode coordinates of each natural vibration mode of the string Simultaneous accelerations and acceleration increments "and" acceleration or acceleration increments on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body "can be derived and simultaneous nonlinear algebraic equations can be derived. Here, the reason for writing “acceleration or acceleration increment” is that the numerical integration method known as the Newmark β method has two algorithms: an algorithm that makes acceleration an unknown quantity, and an algorithm that makes acceleration increment an unknown quantity. This is due to the existence of streets.

この連立非線形代数方程式に、ニュートン法を適用するか、あるいは、区間線形化法(参考文献3)によって連立線形代数方程式を導出した上で、直接法(例えばLU分解法)または反復法(例えば共役勾配法)を適用することで、以下に説明する演算部107は、上記の未知量を離散時間軸上で逐次決定することができる。このように、全体をまとめて解く方法で演算を行う場合の構成について、図11を用いて説明する。   The Newton method is applied to the simultaneous nonlinear algebraic equations, or the linear linear algebraic equations are derived by the interval linearization method (Reference 3), and then the direct method (for example, LU decomposition method) or the iterative method (for example, conjugate method). By applying the gradient method, the calculation unit 107 described below can sequentially determine the unknown amount on the discrete time axis. Thus, the structure in the case of calculating by the method which solves the whole collectively is demonstrated using FIG.

図11は、本発明の実施形態に係る演算部107を有する楽音信号合成部100Aの構成を示すブロック図である。全体をまとめて解く方法で演算を行う楽音信号合成部100Aは、比較部101、演算部107、および空気モデル計算部106Zを有する。
演算部107は、上記のダンパモデル計算部102、ハンマモデル計算部103、弦モデル計算部104および本体モデル計算部105における計算をまとめた「ハンマ−弦−本体の運動方程式」を用いた演算を行う。演算部107は、比較部101からe(nΔt)を取得し、また、入力信号2(V(nΔt))および入力信号4(e(nΔt))を取得し、これらの情報と「ハンマ−弦−本体の運動方程式」とを用いた演算により、上記の未知量を逐次算出して決定する。ここでは、未知量のうち、「本体の各固有振動モードのモード座標上での速度」を示す情報(d/dt(A(nΔt)))を空気モデル計算部106Zに出力する。空気モデル計算部106Zは、空気モデル計算部106とは入力される情報が異なるだけであり、以下に説明する空気モデルの計算については、同様にして行う。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a musical tone signal synthesis unit 100A having the calculation unit 107 according to the embodiment of the present invention. The musical sound signal synthesis unit 100A that performs computation by a method that solves the whole collectively includes a comparison unit 101, a computation unit 107, and an air model calculation unit 106Z.
The operation unit 107 performs an operation using the “hammer-string-main body equation of motion” that summarizes the calculations in the damper model calculation unit 102, the hammer model calculation unit 103, the string model calculation unit 104, and the main body model calculation unit 105. Do. The computing unit 107 obtains e D (nΔt) from the comparison unit 101, obtains the input signal 2 (V H (nΔt)) and the input signal 4 (e S (nΔt)). The above-mentioned unknown amount is sequentially calculated and determined by an operation using the “hammer-string-body motion equation”. Here, information (d / dt (A C (nΔt))) indicating “the speed of each natural vibration mode of the main body on the mode coordinates” among the unknown quantities is output to the air model calculation unit 106Z. The air model calculation unit 106Z is different from the air model calculation unit 106 only in input information, and the air model calculation described below is performed in the same manner.

ここで、「本体の各固有振動モードのモード座標上での速度」は、「本体の各固有振動モードのモード座標上での変位の時間に関するn階導関数(n=1,2,・・・)」であってもよい。なお、速度は、変位が既知である場合には、変位の数値微分として、加速度が既知である場合には、加速度の数値積分として、簡単に算出することができる。   Here, the “velocity on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body” is “the nth order derivative (n = 1, 2,... Regarding the time of displacement on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body”.・) 」. The velocity can be easily calculated as a numerical derivative of the displacement when the displacement is known and as a numerical integral of the acceleration when the acceleration is known.

[部分構造毎に解く方法]
続いて、ハンマモデル、弦モデル、本体モデルの運動方程式を部分構造(以下、ハンマモデル計算部103、弦モデル計算部104、本体モデル計算部105を総称して単に部分構造という)毎に解く方法を示す。この方法は、上述の「ハンマ−弦−本体の運動方程式」の説明において消去した部分構造間の相互作用を表す変数f [iW](t)、fBk [iB](t)、u(x,t)、u(x [iD],t)、uBk [iB](t)の値を陽に計算し、部分構造間でそれらの値の授受を行いながら、部分構造毎に計算を進めるというものである。
[Method to solve for each partial structure]
Subsequently, a method of solving the equation of motion of the hammer model, the string model, and the body model for each partial structure (hereinafter, the hammer model calculation unit 103, the string model calculation unit 104, and the body model calculation unit 105 are collectively referred to as a partial structure). Indicates. In this method, the variables f H [iW] (t), f Bk [iB] (t), u 1 representing the interaction between the substructures eliminated in the explanation of the “hammer-string-body motion equation” above. (X H , t), u k (x D [iD] , t), u Bk [iB] (t) values are calculated explicitly, and these values are transferred between the partial structures. The calculation is advanced every time.

この解法を用いるとき、ハンマの運動方程式(上記式(3))を解くときに、弦と本体に関する未知量が含まれ、弦のモード毎運動方程式(上記式(14)、(15)、(16))を解くときに、本体に関する未知量が含まれていることになるが、弦と本体に関する未知量を過去の値から外挿するなどして仮に定めておき、繰り返し計算を行うことで、安定に計算を進めることができる。以下に、数値積分法の違いによる3つの例を示す。   When this solution is used, when solving the equation of motion of the hammer (the above equation (3)), an unknown quantity relating to the string and the body is included, and the kinematic mode equation of motion (the above equations (14), (15), ( When solving 16)), unknown quantities related to the main body are included, but the unknown quantities related to the strings and the main body are extrapolated from past values, etc., and are calculated repeatedly. The calculation can be carried out stably. The following are three examples based on the difference in the numerical integration method.

第1の例として「差分方程式を導出する方法」について説明する。
ハンマの運動方程式(上記式(3))に対して、中央差分法を適用し、弦のモード毎運動方程式(上記式(14)、(15)、(16))および本体のモード毎運動方程式(上記式(32))に対して、双一次s−z変換法を適用することによって、一連の差分方程式が導出される。各差分方程式は、一般的な2次IIRフィルタ演算によって解くことができる。この方法では、「ハンマ重心の変位」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での変位」、および、「本体の各固有振動モードのモード座標上での変位」を未知量として、それらの値を離散時間軸上で逐次決定していくことになる。
A “method for deriving a difference equation” will be described as a first example.
The central difference method is applied to the equation of motion of the hammer (the above equation (3)), the equation of motion for each mode of the string (the above equations (14), (15), (16)) and the equation of motion of each mode of the main body. A series of difference equations is derived by applying the bilinear sz transformation method to (Equation (32) above). Each difference equation can be solved by a general second-order IIR filter operation. In this method, “displacement of the center of gravity of the hammer”, “displacement of each natural vibration mode of the string on the mode coordinates”, and “displacement of the natural vibration mode of the main body on the mode coordinates” are defined as unknown quantities. Is sequentially determined on the discrete time axis.

第2の例として、「ガラーキン法」について説明する。
ハンマの運動方程式(上記式(3))、弦のモード毎運動方程式(上記式(14)、(15)、(16))および本体のモード毎運動方程式(上記式(32))に対して、時間に関する3次関数を試験関数とするガラーキン法(参考文献4)を適用することで、「ハンマ重心の加速度および加加速度」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での加速度および加加速度」、「本体の各固有振動モードのモード座標上での加速度および加加速度」を未知量として、それらの値を離散時間軸上で、逐次決定するアルゴリズムが得られる。ここで、時間に関する3次関数ではなく4次関数を試験関数とするガラーキン法を用いた場合は、加速度、加加速度および加加加速度を未知量とするアルゴリズムが得られる。
(参考文献4:加川幸雄.有限要素法による振動・音響工学/基礎と応用. 培風館,1981.)
As a second example, the “Galarkin method” will be described.
For the equation of motion of the hammer (the above equation (3)), the equation of motion for each mode of the string (the above equations (14), (15), (16)) and the equation of motion for the mode of the main body (the above equation (32)) By applying the Galerkin method (Reference 4) using a cubic function related to time as a test function, the acceleration and jerk on the mode coordinates of each natural vibration mode of the string An algorithm is obtained in which “acceleration” and “acceleration and jerk on mode coordinates of each natural vibration mode of the main body” are unknown quantities and their values are sequentially determined on a discrete time axis. Here, when the Galerkin method using a quaternary function as a test function instead of a cubic function with respect to time is used, an algorithm having acceleration, jerk, and jerk as unknown quantities is obtained.
(Reference 4: Yukio Kagawa. Vibration / acoustic engineering by finite element method / Basics and applications. Baifukan, 1981.)

第3の例として、「ニューマークβ法」について説明する。
ハンマの運動方程式(上記式(3))、弦のモード毎運動方程式(上記式(14)、(15)、(16))および本体のモード毎運動方程式(上記式(32))に対して、ニューマークβ法を適用することで、「ハンマ重心の加速度あるいは加速度増分」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での加速度あるいは加速度増分」、および、「本体の各固有振動モードのモード座標上での加速度あるいは加速度増分」を未知量として、それらの値を離散時間軸上で、逐次決定するアルゴリズムが得られる。
As a third example, the “Newmark β method” will be described.
For the equation of motion of the hammer (the above equation (3)), the equation of motion for each mode of the string (the above equations (14), (15), (16)) and the equation of motion for the mode of the main body (the above equation (32)) By applying the Newmark β method, “acceleration or acceleration increment of hammer center of gravity”, “acceleration or acceleration increment on mode coordinates of each natural vibration mode of string”, and “natural vibration mode of main body” An algorithm that sequentially determines the values on the discrete time axis with the acceleration or acceleration increment on the mode coordinates as an unknown quantity can be obtained.

[全体をまとめて解く方法と部分構造毎に解く方法との中間の方法]
上記の「全体をまとめて解く方法」と「部分構造毎に解く方法」との中間の方法を用いることもできる。例えば、ハンマモデルと弦モデルとをまとめて、本体モデルは別に解く、あるいは、ハンマモデルをまず解いて、弦モデルと本体モデルとをまとめて解くという方法を用いてもよい。
[Intermediate method between solving the whole and solving each partial structure]
An intermediate method between the above-described “method of solving the whole as a whole” and “method of solving each partial structure” can also be used. For example, the hammer model and the string model may be collected together and the body model may be solved separately, or the hammer model may be solved first and the string model and the body model may be solved together.

なお、上述のとおり、未知量である「ハンマ重心の変位」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での変位」、および、「本体の各固有振動モードのモード座標上での変位」の各変位については、解法によって加速度、加加速度などである場合もある。更に、速度が変位の数値微分として、あるいは、加速度の数値積分として、簡単に算出できることも考慮すると、「ハンマ重心の変位」、「弦の各固有振動モードのモード座標上での変位」、および、「本体の各固有振動モードのモード座標上での変位」の各変位については、変位の時間に関するn階導関数(n=1,2,・・・)であってもよい。このことは、他の変位についても同様のことが言える。例えば、弦支持端の変位は、その変位の時間に関するn階導関数(n=1,2,・・・)であってもよい。   In addition, as described above, “displacement on the mode coordinate of each natural vibration mode of the main body”, “displacement on the mode coordinate of each natural vibration mode of the main body”, and “displacement on the mode coordinate of each natural vibration mode of the main body” which are unknown quantities For each of these displacements, there may be acceleration, jerk, etc. depending on the solution. Furthermore, considering that the velocity can be easily calculated as a numerical derivative of displacement or as a numerical integral of acceleration, “displacement of hammer center of gravity”, “displacement of each natural vibration mode of the string on the mode coordinates”, and Each displacement of “displacement on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body” may be an n-order derivative (n = 1, 2,...) Related to the time of displacement. The same can be said for other displacements. For example, the displacement of the string support end may be an nth derivative (n = 1, 2,...) Related to the time of the displacement.

[空気モデル(音響放射計算)]
空気モデル計算部106は、本体モデル計算部105から出力されるA(nΔt)を取得し、これを用いて、以下に示す計算を行った結果得られるP(nΔt)を出力する。
[Air model (acoustic radiation calculation)]
The air model calculation unit 106 acquires A C (nΔt) output from the main body model calculation unit 105, and outputs P (nΔt) obtained as a result of performing the following calculation using this.

以下、空気モデル計算部106における計算について説明する。   Hereinafter, calculation in the air model calculation unit 106 will be described.

任意3次元形状の本体から放射される空気中の任意の観測点における非定常音圧は、次式に示すような方法、即ち、「本体の各固有振動モードのモード座標上での速度と空気中の観測点における音圧との間のインパルス応答関数」と「本体の各固有振動モードのモード座標上での速度」との畳み込み積分を本体の固有振動モード毎に行い、それらの総和を計算するという方法によって算出することができる。   The unsteady sound pressure at an arbitrary observation point in the air radiated from the main body having an arbitrary three-dimensional shape is expressed by the following equation, that is, “the velocity and air on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body. Convolution integration of "impulse response function between sound pressures at the observation point in the middle" and "velocity on the mode coordinates of each natural vibration mode of the main body" is performed for each natural vibration mode of the main body, and the sum of them is calculated. It can be calculated by the method of

Figure 0005935252
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式(37)に含まれるH[iP][iG](ω)、即ち、「本体の各音響放射要素の速度と空気中の観測点における音圧との間の周波数応答関数」は、任意3次元形状の本体に対し、商用の境界要素法ソフトを用いた周波数応答解析を離散周波数軸上で行うことによって算出することができる。また、式(36)は一般的なIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)演算によって、式(35)に含まれる積分は一般的なFIR(Finite Impulse Response)フィルタの方法によって、それぞれ計算することができる。 H [iP] [iG] (ω) included in the equation (37), that is, “the frequency response function between the velocity of each acoustic radiation element of the main body and the sound pressure at the observation point in the air” is arbitrary 3 It can be calculated by performing frequency response analysis using a commercial boundary element method software on a dimensional shape main body on a discrete frequency axis. Equation (36) can be calculated by a general IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) operation, and the integral included in Equation (35) can be calculated by a general FIR (Finite Impulse Response) filter method.

かくして、本体モデル計算部105から出力されるAc[m](nΔt)(m=1,2,・・・,M)あるいは、Ac[m](nΔt)(m=1,2,・・・,M)の時間に関する導関数を用いて、空気モデルからの出力信号、即ち、離散時間軸(t=nΔt; n=0,1,2,・・・)上における音圧P[iP](nΔt)(iP=1,2,・・・,IP)を逐次算出し、楽音信号として出力することができる。 Thus, Ac [m] (nΔt) (m = 1, 2,..., M) or Ac [m] (nΔt) (m = 1, 2,...) Output from the body model calculation unit 105. , M) using the derivative with respect to time, the output signal from the air model, that is, the sound pressure P [iP] (t = nΔt; n = 0, 1, 2,...) nΔt) (i P = 1, 2,..., I P ) can be calculated sequentially and output as a musical tone signal.

ここで、式(35)中の畳み込み演算を時間領域ではなく周波数領域で行う高速畳み込み(fast convolution)と呼ばれている手法を用いることによって、更に飛躍的な高速化をはかることができる。このとき、高速畳み込みに含まれるIFFT演算は、本体固有振動モード毎周波数領域畳み込み結果の総和をとった後に行えばよく、本体の固有振動モード毎に行う必要はない。
以上が、楽音信号合成部100の構成の説明である。
Here, by using a technique called fast convolution in which the convolution operation in the equation (35) is performed in the frequency domain instead of the time domain, the speed can be further dramatically increased. At this time, the IFFT calculation included in the high-speed convolution may be performed after taking the sum of the frequency domain convolution results for each main body natural vibration mode, and does not need to be performed for each natural vibration mode of the main body.
The above is the description of the configuration of the tone signal synthesizer 100.

このように、楽音信号合成部100は、楽器全体が3次元的に振動することによって生み出される豊かで立体的な響き、中低音域の弦を強打したときに聴こえるリンギングサウンド、鍵押し込み深さやペダル踏み込み深さに連動した多彩な音楽的ニュアンスなど、自然楽器のピアノ音が有する特質をリアルに表現する擬似ピアノ音を生成することができる。また、それらの特質を自然楽器のピアノと同じように、制御することが可能となる。
このとき、押鍵範囲DWにおける鍵15bcの検出位置を少なくしても、複数の検出位置の通過時刻からダンパ情報の時間的な変化態様を予測することにより、楽音信号に反映させるダンパの効き量の精度の低下を抑えることができる。そのため、このような鍵15bcを用いても、多彩な音楽的ニュアンスを表現することができる。
In this way, the tone signal synthesis unit 100 has a rich and three-dimensional sound produced by three-dimensional vibration of the entire instrument, a ringing sound that can be heard when a string in the middle / low range is struck, a key press depth and a pedal. It is possible to generate a pseudo piano sound that realistically expresses the characteristics of a natural instrument piano sound, such as various musical nuances linked to the depth of depression. In addition, these characteristics can be controlled in the same way as a natural musical instrument piano.
At this time, even if the detection position of the key 15bc in the key pressing range DW is reduced, the effect of the damper to be reflected in the musical sound signal by predicting the temporal change mode of the damper information from the passage times of the plurality of detection positions. The decrease in accuracy can be suppressed. Therefore, even if such a key 15bc is used, various musical nuances can be expressed.

自然楽器のピアノ音が有する特質をリアルに表現するものとして、具体的には、以下のようなものがある。例えば、弦長(=弦支持点間の距離)あるいは打弦比(=「弦長」/「ベアリング側弦支持端と打弦点との距離」)などのパラメータを
変更することにより、リンギングサウンドのレベルをコントロールすることが可能となる。以下では、特に、このリンギングサウンドについて、式(15)を用いて説明する。ただし、ここでは説明を理解しやすくするために、式(15)において、弦支持端の変位、弦y方向の変位および弦の内部粘性減衰係数を省略した式(38)に従って説明することとする。
Specific examples of the realistic characteristics of the piano sound of a natural musical instrument include the following. For example, by changing parameters such as chord length (= distance between chord support points) or striking ratio (= “string length” / “distance between bearing side chord support end and strut point”), ringing sound It becomes possible to control the level. In the following, this ringing sound will be described in particular using equation (15). However, in order to make the explanation easy to understand, in the equation (15), the description will be made according to the equation (38) in which the displacement of the string support end, the displacement in the string y direction, and the internal viscosity damping coefficient of the string are omitted. .

Figure 0005935252
Figure 0005935252

式(38)は、弦の縦振動第i2次固有振動の運動方程式であるが、右辺を周期的外力とみなすことにより、1自由度粘性減衰強制振動系の運動方程式として考えることができる。よく知られているように、この方程式の一般解は、減衰する自由振動解(斉次方程式の一般解)と持続する強制振動解(非斉次方程式の特解)の和によって構成されるが、強制振動解の性質とは、系が周期的外力の振動数で振動し、その振動数が系の固有振動数に近づくにつれ振幅が大きくなり、一致した時、共振するというものである。いま、弦の曲げ振動に関する各固有振動が調和振動であると仮定する、即ち、式(39)のように書くことにする。 Equation (38) is a motion equation of the longitudinal vibration second i 2-order natural vibration of the strings, by regarding the right and periodic external force, it can be thought of as the equation of motion of the single-degree-of-freedom viscous damping forced vibration system. As is well known, the general solution of this equation is composed of the sum of a damped free vibration solution (a general solution of homogeneous equations) and a sustained forced vibration solution (a special solution of inhomogeneous equations). The property of the forced vibration solution is that the system vibrates at a frequency of a periodic external force, the amplitude increases as the frequency approaches the natural frequency of the system, and resonates when they coincide. Now, it is assumed that each natural vibration related to the bending vibration of the string is a harmonic vibration, that is, it is written as in Expression (39).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

このとき、式(38)の右辺{ }内は、式(40)として導かれる。   At this time, the inside of the right side {} of Expression (38) is derived as Expression (40).

Figure 0005935252
Figure 0005935252

いま、i2を固定して、式(40)に含まれる項cos2π(f1 [m1]+f1 [m1+i2])tがつくる系列に着目し、「この系列の第(2m1+i2)次振動数f1 [m1]+f1 [m1+i2]の倍音系列周波数からのずれ」を計算すると、i2が小さいとき、その値が、「曲げ振動第(2m1+i2)次固有振動数f1 [2m1+i2]の倍音系列周波数からのずれ」の約1/4であることが確認できる。自然楽器のピアノ音を分析することにより「ピアノの部分音の系列には、倍音系列からの周波数のずれが主系列の約1/4である副系列が存在する」ことが知られており、従って前記項がつくる系列こそが前記副系列にあてはまる。なお、i2が大きくなるにつれ、この“ずれ量”は少しずつ大きくなる。 Now, with i 2 fixed, paying attention to the sequence created by the term cos2π (f 1 [m1] + f 1 [m1 + i2] ) t included in the equation (40), “the second (2m 1 + i of this sequence) 2 ) When the deviation of the secondary frequency f 1 [m1] + f 1 [m1 + i2] from the harmonic series frequency is calculated, when i 2 is small, the value is “bending vibration number (2m 1 + i 2 )”. It can be confirmed that the frequency is about 1/4 of the deviation from the harmonic sequence frequency of the second natural frequency f 1 [2m1 + i2] . By analyzing the piano sound of a natural instrument, it is known that "the partial sequence of piano has a sub-sequence whose frequency deviation from the harmonic sequence is about 1/4 of the main sequence" Therefore, the sequence created by the term applies to the subsequence. As i 2 increases, this “deviation amount” gradually increases.

また、式(40)に含まれる項cos2π(f1 [m1]+f1 [i2−m1])tがつくる系列も上記副系列の形成に寄与していること、ただし、その寄与度は先の項よりも小さいことが理解できる。 In addition, the sequence generated by the term cos2π (f 1 [m1] + f 1 [i2−m1] ) t included in the equation (40) also contributes to the formation of the subsequence, provided that the degree of contribution is It can be understood that it is smaller than the term.

式(38)に式(40)を代入した式は、副系列の第(2m1+i2)次の振動数f1 [m1]+f1 [m1+i2]が弦の縦振動の第i2次固有振動数に一致したとき共振現象が起こることを表している。これは、自然楽器のピアノ音が有する特徴的な現象である、「ピアノの部分音の系列には、倍音系列からの周波数のずれが主系列の約1/4である副系列が存在する」ことに加えて、「副系列の奇数次部分音の周波数が、弦の縦振動の奇数次固有振動数に一致するとき、又は、副系列の偶数次部分音の周波数が、弦の縦振動の偶数次固有振動数に一致するとき、副系列部分音のレベルが増大し、これがリンギングサウンドとなる」こと、より分析的な表現に変えると「弦の曲げ振動の奇数次固有振動数と偶数次固有振動数の和が、弦の縦振動の奇数次固有振動数に一致するとき、又は、弦の曲げ振動の1組の奇数次固有振動数の和、あるいは、1組の偶数次固有振動数の和が弦の縦振動の偶数次固有振動数に一致するとき、リンギングサウンドが生成される」こと(参考文献5)に対する、数学的な説明を与えるものである。
(参考文献5: J.Ellis. Longitudinal model in piano strings: Results of new research. Piano Technicians journal, pp.16-23, May 1998.)
The formula obtained by substituting the formula (40) into the formula (38) is that the (2m 1 + i 2 ) th order frequency f 1 [m1] + f 1 [m1 + i2] of the subsequence is the i th of the longitudinal vibration of the string. resonance phenomenon when matching the secondary natural frequency represents that occur. This is a characteristic phenomenon of the piano sound of a natural instrument, “There are sub-sequences in the partial sequence of pianos whose frequency deviation from the harmonic sequence is about 1/4 of the main sequence” In addition, “when the frequency of the odd-order partial sound of the sub-sequence matches the odd-order natural frequency of the longitudinal vibration of the string, or the frequency of the even-order partial sound of the sub-sequence is When it matches the even-order natural frequency, the level of the sub-sequence partial sound increases and this becomes a ringing sound. When the sum of the natural frequencies matches the odd-order natural frequency of the longitudinal vibration of the string, or the sum of a set of odd-order natural frequencies of the bending vibration of the string, or a set of even-order natural frequencies Ringing sound when the sum of is equal to the even natural frequency of the longitudinal vibration of the string. For but generated "it (ref 5), is intended to provide a mathematical description.
(Reference 5: J. Ellis. Longitudinal model in piano strings: Results of new research. Piano Technicians journal, pp.16-23, May 1998.)

更に、「リンリン」、「ヒンヒン」といった唸り現象については、例えば、副系列第15(=7+8=2×7+1)次と副系列第15(=6+9=2×6+3)次とでは、振動数が僅かに異なるために、その振動数差が唸りを生むとして説明することができる。なお、式(44)に含まれる項cos2π(f1 [m1]−f1 [m1+i2])tおよびcos2π(f1 [m1]−f1 [i2−m1])tは、曲げ振動の固有振動数よりも僅かに高い周波数を有する部分音の存在を示すものである。 Furthermore, with respect to the roaring phenomenon such as “Rin Ling” and “Hin Hin”, for example, the frequency of the sub-sequence 15th (= 7 + 8 = 2 × 7 + 1) order and the sub-sequence 15th (= 6 + 9 = 2 × 6 + 3) order is Since it is slightly different, it can be explained that the difference in frequency produces a sag. The terms cos2π (f 1 [m1] −f 1 [m1 + i2] ) t and cos2π (f 1 [m1] −f 1 [i2−m1] ) t included in the equation (44) This indicates the presence of a partial sound having a frequency slightly higher than the natural frequency.

さて、弦の材料定数を固定して考えるとき、式(18)より、弦の縦振動固有振動数は、弦長にのみ依存する。なお、ピアノの低音域に通常使用される、巻弦(鋼鉄の芯線に銅線が巻かれている弦)については、この限りではない。   Now, when the material constant of the string is fixed, the longitudinal vibration natural frequency of the string depends only on the string length from the equation (18). Note that this is not the case for wound strings (strings in which a copper wire is wound around a steel core wire) that is normally used in the bass range of a piano.

標準的な88鍵ピアノのおよそ第30鍵からおよそ第40鍵までの音域においては、弦長の設定が原因となって、副系列第15(=7+8=2×7+1)次の振動数と弦の縦振動基本固有振動数が近接している場合がある。そのような場合でも、打弦比を「7」または「8」に設定することで、リンギングサウンドの過剰なレベル増大を回避することができる。   In the range of about 30th to 40th keys of a standard 88-key piano, the frequency and string of the 15th (= 7 + 8 = 2 × 7 + 1) th sub-sequence are caused by the setting of the string length. In some cases, the fundamental natural frequency of the vertical vibration is close. Even in such a case, setting the stringing ratio to “7” or “8” can avoid an excessive increase in ringing sound level.

なぜならば、副系列第15(=7+8=2×7+1)次は、曲げ振動の第7次固有振動と第8次固有振動による生成物であるが、打弦比を「7」または「8」に設定すると曲げ振動の第「7」次または第「8」次の固有振動は欠落してしまうため、副系列第15(=7+8=2×7+1)次は生成されないからである。この場合でも、依然として副系列第15(=6+9=2×6+3)次などは存在するが、これらが縦振動の基本固有振動と共振することは無い。   This is because the 15th (= 7 + 8 = 2 × 7 + 1) th subsequence is a product of the 7th and 8th natural vibrations of the bending vibration, but the stringing ratio is “7” or “8”. This is because the “7” th order or “8th” order natural vibration of the bending vibration is lost, and the 15th (= 7 + 8 = 2 × 7 + 1) th subsequence is not generated. Even in this case, the fifteenth (= 6 + 9 = 2 × 6 + 3) order of the subsequence still exists, but these do not resonate with the fundamental natural vibration of the longitudinal vibration.

以上、リンギングサウンドの発生メカニズムとそのレベルを制御する設計因子(弦長、打弦比)について説明したが、弦の縦振動そのものは、空気中に音響を放射する能力をほとんど持ち合わせていないから、リンギングサウンドが音として聴こえるためには、いま説明した「弦の非線形(有限振幅)振動機構」に加え、「弦と本体との3次元連成振動機構」(「弦の本体に対する取り付け角度」や「駒の形状」などの設計因子がこれに含まれる)および「本体の3次元音響放射機構」(「駒の形状」はこれにも含まれる)の考慮が不可欠であることは言うまでもない。   As described above, the generation mechanism of ringing sound and the design factors (string length, string striking ratio) that control the level have been explained, but the vertical vibration of the string itself has little ability to radiate sound in the air. In order for the ringing sound to be heard as a sound, in addition to the “string non-linear (finite amplitude) vibration mechanism” just described, the “three-dimensional coupled vibration mechanism between the string and the body” (“attachment angle of the string to the body”) Needless to say, design factors such as “frame shape” are included) and “three-dimensional acoustic radiation mechanism of the main body” (including “frame shape” is also included).

ところで、自然楽器のピアノの開発現場において、ピアノ音の改良とは、ピアノという複雑なシステムの全体最適解を求めることに他ならないが、従来行われてきた試行錯誤的方法による最適解の模索は、ピアノのような多くの設計因子と誤差因子(天然材料の物性のばらつきや整音など人間による作業のばらつきなど)を有する巨大な音響構造体にとっては、特に、効率が悪い。本発明は、ピアノの仕様(原因)と音(結果)との因果関係を定量的に明らかにするものであるから、設計シミュレータとしてピアノ開発効率の向上にも貢献するものである。上記に加え、物理モデルによる楽音合成方法の利点は、現実のシミュレーションを超えた超自然的効果(例えば、現実には製作が困難な著しく大きなピアノなど)を仮想的に生成できる点にある。   By the way, in the development field of natural instrument pianos, the improvement of piano sound is nothing but finding the overall optimal solution of a complex system called the piano. This is particularly inefficient for a huge acoustic structure having many design factors and error factors, such as pianos, which have variations in physical properties of natural materials and variations in work by humans such as sounding. Since the present invention quantitatively clarifies the causal relationship between the specification (cause) and the sound (result) of the piano, it contributes to the improvement of piano development efficiency as a design simulator. In addition to the above, an advantage of the musical sound synthesis method based on the physical model is that a supernatural effect (for example, a remarkably large piano that is difficult to produce in reality) can be virtually generated.

<変形例>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
[変形例1]
上述した実施形態においては、押鍵範囲DWにおける鍵15bcの検出位置は、検出位置DHA、DHBの2点であり、ダンパ情報および励起情報は検出位置DHA、DHBの鍵15bcの通過により決定されていたが、ダンパ情報の決定に用いる2点の検出位置と、励起情報の決定に用いる2点の検出位置とを別々に設けるようにしてもよい。この場合には、4点の検出位置を持つことになる。この場合には、鍵位置センサ15dにおける突出部と接点との組を4組とすればよい。
<Modification>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be implemented in various aspects as follows.
[Modification 1]
In the embodiment described above, the detection position of the key 15bc in the key pressing range DW is two points of the detection positions DHA and DHB, and the damper information and the excitation information are determined by the passage of the key 15bc at the detection positions DHA and DHB. However, the two detection positions used for determining the damper information and the two detection positions used for determining the excitation information may be provided separately. In this case, there are four detection positions. In this case, the number of sets of protrusions and contacts in the key position sensor 15d may be four.

図12は、本発明の変形例1に係る鍵位置センサ15dによる鍵15bcの検出位置を説明する図である。図12に示すように、変換制御部111においてダンパ情報の決定に用いられる検出位置DA、DBは、グランドピアノ21の場合における非接触領域Lcに対応した部分に設けられている。また、変換制御部111において励起情報の決定に用いられる検出位置HA、HBは、同様に、グランドピアノ21の場合における非接触領域Lcに対応した部分に設けられている。この4点の検出位置については、レスト位置側から順に検出位置DA、HA、DB、HBの順に並んでいる。また、検出位置DA、DB、HA、HBを鍵15bcが通過すると出力される検出情報はそれぞれKDA、KDB、KHA、KHBであるものとする。   FIG. 12 is a diagram for explaining the detection position of the key 15bc by the key position sensor 15d according to the first modification of the present invention. As shown in FIG. 12, the detection positions DA and DB used for determining the damper information in the conversion control unit 111 are provided in a portion corresponding to the non-contact area Lc in the case of the grand piano 21. Similarly, the detection positions HA and HB used for the determination of excitation information in the conversion control unit 111 are provided in a portion corresponding to the non-contact region Lc in the case of the grand piano 21. The four detection positions are arranged in the order of detection positions DA, HA, DB, and HB from the rest position side. It is assumed that detection information output when the key 15bc passes through the detection positions DA, DB, HA, and HB is KDA, KDB, KHA, and KHB, respectively.

このような構成の場合、変換制御部111は、ダンパ情報決定用の状態テーブルと励起情報決定用の状態テーブルとを構築し、ダンパ情報決定用の状態制御処理と励起情報決定用の状態制御処理とを並列に行う。具体的には以下のように行う。
変換制御部111は、状態変数を取得する(図4、ステップS140)ときには、それぞれの状態テーブルを参照してそれぞれの状態制御処理について状態変数を取得する。そして、変換制御部111は、ステップS150(図4)において、鍵イベントから検出情報KDA、KDBのいずれかを特定した場合には、ダンパ情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定する(ステップS160)一方、鍵イベントから検出情報KHA、KHBのいずれかを特定した場合には、励起情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定する(ステップS160)。ダンパ情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定するためのアルゴリズムについて、図13に示す状態遷移図を用いて説明する。また、励起情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定するためのアルゴリズムについて、図14に示す状態遷移図を用いて説明する。
In such a configuration, the conversion control unit 111 constructs a damper information determination state table and an excitation information determination state table, and determines damper information determination state control processing and excitation information determination state control processing. And in parallel. Specifically, it is performed as follows.
When the conversion control unit 111 acquires a state variable (FIG. 4, step S140), the conversion control unit 111 refers to each state table and acquires the state variable for each state control process. Then, in step S150 (FIG. 4), the conversion control unit 111 determines the processing content based on the state control process for determining the damper information when any of the detection information KDA and KDB is specified from the key event. (Step S160) On the other hand, when one of the detection information KHA and KHB is specified from the key event, the processing content is determined based on the state control processing for determining excitation information (Step S160). An algorithm for determining the processing contents based on the state control process for determining the damper information will be described with reference to the state transition diagram shown in FIG. Further, an algorithm for determining the processing content based on the state control processing for determining excitation information will be described with reference to the state transition diagram shown in FIG.

図13は、本発明の変形例1に係るダンパ情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。図14は、本発明の変形例1に係る励起情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。図13に示す状態遷移図は、図6に示す実施形態に係る状態遷移図において、ダンパ情報に係る部分を抜き出した構成である。一方、図14に示す状態遷移図は、図6に示す実施形態に係る状態遷移図において、励起情報に係る部分を抜き出した構成である。そのため、これらについての詳細の説明については省略する。   FIG. 13 is a state transition diagram for explaining the state control process for determining damper information according to the first modification of the present invention. FIG. 14 is a state transition diagram illustrating state control processing for determining excitation information according to the first modification of the present invention. The state transition diagram shown in FIG. 13 is a configuration in which a portion related to damper information is extracted from the state transition diagram according to the embodiment shown in FIG. On the other hand, the state transition diagram shown in FIG. 14 is a configuration in which a portion related to excitation information is extracted from the state transition diagram according to the embodiment shown in FIG. Therefore, detailed description of these will be omitted.

このようにダンパ情報を決定するための検出位置と励起情報を決定するための検出位置とを別々に分けることにより、鍵21aの位置の変化に伴うダンパ21fの動作とハンマ21cの動作との違いについても、より精度良く再現することができる。
なお、変形例1においては、4点の検出位置がレスト位置側から順に検出位置DA、HA、DB、HBの順に並ぶようにしたが、検出位置HA、DA、DB、HBの順であってもよいし、検出位置HA、DA、HB、DBの順であってもよいし、検出位置DA、HA、HB、DBの順であってもよい。また、検出位置DA、DB、HA、HBの順であってもよいし、検出位置HA、HB、DA、DBの順であってもよい。これは、楽音を再現したい楽器の種類によって適宜設定すればよい。
As described above, the detection position for determining the damper information and the detection position for determining the excitation information are separately divided, so that the difference between the operation of the damper 21f and the operation of the hammer 21c according to the change in the position of the key 21a. Can be reproduced more accurately.
In the first modification, the four detection positions are arranged in the order of the detection positions DA, HA, DB, and HB from the rest position side, but in the order of the detection positions HA, DA, DB, and HB. Alternatively, the detection positions HA, DA, HB, and DB may be in this order, or the detection positions DA, HA, HB, and DB may be in this order. Moreover, the order of detection positions DA, DB, HA, and HB may be used, or the order of detection positions HA, HB, DA, and DB may be used. This may be set as appropriate depending on the type of musical instrument to be reproduced.

[変形例2]
上述した変形例1においては、ダンパ情報決定用の検出位置DA、DB、および励起情報決定用の検出位置HA、HBの4点を用いていたが、そのうちの2点については共通化して3点の検出位置を用いるようにしてもよい。
[Modification 2]
In the first modification described above, the four detection points DA and DB for determining the damper information and the detection positions HA and HB for determining the excitation information are used. These detection positions may be used.

図15は、本発明の変形例2に係る鍵位置センサ15dによる鍵15bcの検出位置を説明する図である。図15に示すように、例えば、変形例1における検出位置DBと検出位置HAを共通化した検出位置DBHAを設ければよい。そして、鍵15bcが通過すると検出情報KDBHAが出力されるものとし、変形例1における状態制御処理において、検出情報KDBおよび検出情報KHAが特定された場合の処理は、検出情報KDBHAが特定された場合に行うようにすればよい。
なお、共通化する組み合わせは、別の組み合わせでもよい。すなわち、検出位置DAと検出位置HAとを共通化してもよいし、検出位置DBと検出位置HBとを共通化してもよいし、検出位置DAと検出位置HBとを共通化してもよい。
FIG. 15 is a diagram for explaining the detection position of the key 15bc by the key position sensor 15d according to the second modification of the present invention. As shown in FIG. 15, for example, a detection position DBHA in which the detection position DB and the detection position HA in Modification 1 are made common may be provided. When the key 15bc passes, the detection information KDBHA is output. In the state control process in the first modification, the process when the detection information KDB and the detection information KHA are specified is performed when the detection information KDBHA is specified. To do so.
The combination to be shared may be another combination. That is, the detection position DA and the detection position HA may be shared, the detection position DB and the detection position HB may be shared, or the detection position DA and the detection position HB may be shared.

[変形例3]
上述した実施形態、変形例において、押鍵範囲DWにおける鍵15bcの検出位置は、2点であり、ダンパ情報は2点の検出位置の鍵15bcの通過により決定されていたが、さらに多くの点の検出位置を用いてダンパ情報が決定されるようにしてもよい。変形例3においては、変形例1における検出位置DA、DBの他、検出位置DC、DDの2点加えて4点とした場合について説明する。ここで、検出位置DC、DDを鍵15bcが通過すると、それぞれ検出情報KDC、KDDが出力されるものとする。
[Modification 3]
In the embodiment and the modification described above, the detection position of the key 15bc in the key pressing range DW is two points, and the damper information is determined by the passage of the key 15bc at the two detection positions. The damper information may be determined using the detected position. In Modification 3, a case will be described in which, in addition to the detection positions DA and DB in Modification 1, two detection positions DC and DD are added to provide four points. Here, when the key 15bc passes through the detection positions DC and DD, detection information KDC and KDD are output, respectively.

図16は、本発明の変形例3に係る鍵15bcの位置の変化とダンパ情報の変化との関係を説明する図である。図16は、実施形態において説明した図9に相当する図である。図16上段に示すように、検出位置DC、DDは、グランドピアノ21の場合における接触領域Laに対応した部分に設けられ、検出位置DCは、検出位置DDよりレスト位置側に存在する。検出位置DA、DBについては、原則としてダンパ情報を増加させる場合に用いられるのは、変形例1における場合と同様である。一方、検出位置DC、DDについては、原則としてダンパ情報を減少させる場合に用いられる。
このような構成において、変換制御部111におけるダンパ情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定するためのアルゴリズムについて、図17、図18に示す状態遷移図を用いて説明する。
FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between the change in the position of the key 15bc and the change in the damper information according to the third modification of the present invention. FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 9 described in the embodiment. As shown in the upper part of FIG. 16, the detection positions DC and DD are provided in a portion corresponding to the contact area La in the case of the grand piano 21, and the detection position DC exists on the rest position side from the detection position DD. The detection positions DA and DB are used in the same manner as in the first modification when the damper information is increased in principle. On the other hand, the detection positions DC and DD are used when the damper information is reduced in principle.
In such a configuration, an algorithm for determining the processing content based on the damper information determination state control processing in the conversion control unit 111 will be described with reference to state transition diagrams shown in FIGS. 17 and 18.

図17は、本発明の変形例3に係るダンパ情報決定用の状態制御処理を説明する状態遷移図である。図18は、図17の状態遷移図における状態、イベント、アクションの内容を説明する図である。まず、鍵15bcが検出位置DCより上にある状態(例えば、レスト位置)とする(状態S1)。変換制御部111は、状態S1において、鍵15bcが押し込まれて検出位置DCを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDCを特定(イベントE1)した場合には、状態S2へ移行させる。この状態S2への移行に伴い、変換制御部111は、計時を開始(開始時刻tcとする)する(アクションA1)。   FIG. 17 is a state transition diagram illustrating a state control process for determining damper information according to the third modification of the present invention. FIG. 18 is a diagram for explaining the contents of states, events, and actions in the state transition diagram of FIG. First, a state where the key 15bc is above the detection position DC (for example, a rest position) is assumed (state S1). In the state S1, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDC from the key event output from the keyboard unit 15a (event E1) by passing the detection position DC by pressing the key 15bc. Shift to S2. Along with the transition to the state S2, the conversion control unit 111 starts measuring time (starting time tc) (action A1).

変換制御部111は、状態S2において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り始めて再び検出位置DCを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDCを特定(イベントE1)した場合には、状態S1へ移行させる。この状態S1への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了する(アクションA3)。
一方、変換制御部111は、状態S2において、鍵15bcがさらに押し込まれて検出位置DDを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDDを特定(イベントE2)した場合には、状態S3へ移行させる。この状態S3への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻tcからの経過時間TCD)に応じた時間で減少するように決定し、再び計時を開始(開始時刻tdとする)する(アクションA2)。ここでは、経過時間TCDが短いほど、ダンパ情報が短い時間で減少するように決定する。すなわち、鍵15bcが検出位置DCを通過してから検出位置DDを通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eから離れる現象を再現する。
In the state S2, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDC from the key event output from the keyboard unit 15a (event E1) by the key 15bc starting to return toward the rest position and passing through the detection position DC again. In the case, the state is shifted to S1. With the transition to the state S1, the conversion control unit 111 ends the time measurement (action A3).
On the other hand, in the state S2, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDD from the key event output from the keyboard unit 15a (event E2) by further pressing the key 15bc and passing through the detection position DD. Shifts to state S3. With the transition to the state S3, the conversion control unit 111 ends the time measurement, determines that the damper information is decreased at a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T CD from the start time tc), and measures the time again. Is started (start time td) (action A2). Here, the shorter the elapsed time T CD, determined as the damper information is reduced in a short time. That is, when the key 15bc passes through the detection position DD after passing through the detection position DC, the damper 21f in the grand piano 21 is predicted from the time interval of the subsequent damper information from the interval of the passage time. Reproduces the phenomenon of the alienating from the string 21e.

変換制御部111は、状態S3において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り検出位置DDを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDDを特定(イベントE2)した場合には、状態S8へ移行させる。この状態S8への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻tdからの経過時間TDD)に応じた時間で増加するように決定し、再び計時を開始(開始時刻tdとする)する。(アクションA5)。ここでは、経過時間TDDが短いほど、ダンパ情報が短い時間で増加するように決定する。すなわち、鍵15bcがレスト位置側から検出位置DDを通過して、再びエンド位置側から検出位置DDを通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eに接触する現象を再現する。なお、アクションA5において、変換制御部111は、経過時間TDDとは関係なく、ダンパ情報が予め決められた時間で増加するように決定してもよい。
一方、変換制御部111は、状態S3において、鍵15bcがさらに押し込まれて検出位置DAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDAを特定(イベントE3)した場合には、状態S4へ移行させる。この状態S4への移行に伴い、変換制御部111は、アクションA2、A8において開始した計時を一旦終了し、再度、計時を開始(開始時刻taとする)する(アクションA1)。
When the key 15bc returns toward the rest position and passes through the detection position DD in the state S3, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDD from the key event output from the keyboard unit 15a (event E2). Shifts to state S8. With the transition to the state S8, the conversion control unit 111 ends the time measurement, determines that the damper information increases at a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T DD from the start time td), and measures the time again. Is started (set to start time td). (Action A5). Here, it is determined that the damper information increases in a shorter time as the elapsed time T DD is shorter. That is, when the key 15bc passes the detection position DD from the rest position side and again passes the detection position DD from the end position side, the temporal change mode of the subsequent damper information is predicted from the interval of the passage time. Then, the phenomenon that the damper 21f of the grand piano 21 contacts the string 21e is reproduced. In action A5, conversion control unit 111 may determine that the damper information increases at a predetermined time regardless of elapsed time T DD .
On the other hand, in the state S3, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDA (event E3) from the key event output from the keyboard unit 15a by further pressing the key 15bc and passing through the detection position DA. Shifts to state S4. Along with the transition to the state S4, the conversion control unit 111 once ends the time measurement started in the actions A2 and A8, and starts again (sets to the start time ta) (action A1).

変換制御部111は、状態S4において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り検出位置DAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDAを特定(イベントE3)した場合には、状態S7へ移行させる。この状態S7への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻taからの経過時間TAA)に応じた時間で増加するように決定し、再び計時を開始(開始時刻taとする)する(アクションA6)。ここでは、上述した図8に示す場合と同様のダンパ情報の変化態様とすればよい。
一方、変換制御部111は、状態S4において、鍵15bcがさらに押し込まれて検出位置DBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDBを特定(イベントE4)した場合には、状態S5へ移行させる。この状態S5への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了する(アクションA3)。
When the key 15bc returns toward the rest position and passes through the detection position DA in the state S4, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDA from the key event output from the keyboard unit 15a (event E3). Shifts to state S7. With the transition to the state S7, the conversion control unit 111 finishes timing, determines that the damper information increases at a time corresponding to the timing result (elapsed time T AA from the start time ta), and again counts time. Is started (start time ta) (action A6). Here, the change mode of the damper information may be the same as that shown in FIG.
On the other hand, in the state S4, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDB from the key event output from the keyboard unit 15a (event E4) by further pressing the key 15bc and passing through the detection position DB. Shifts to state S5. With the transition to the state S5, the conversion control unit 111 ends the time measurement (action A3).

変換制御部111は、状態S5において、鍵15bcがレスト位置に向かって戻り検出位置DBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDBを特定(イベントE4)した場合には、状態S6へ移行させる。この状態S6への移行に伴い、変換制御部111は、計時を開始(開始時刻tbとする)する(アクションA1)。   In the state S5, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDB from the key event output from the keyboard unit 15a (event E4) by returning the key 15bc toward the rest position and passing through the detection position DB. Shifts to state S6. Along with the transition to this state S6, the conversion control unit 111 starts timekeeping (starting time tb) (action A1).

変換制御部111は、状態S6において、鍵15bcが再び押し込まれて検出位置DBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDBを特定(イベントE4)した場合には、状態S5へ移行させる。この状態S5への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了する(アクションA3)。
一方、変換制御部111は、状態S6において、鍵15bcがさらにレスト位置に向かって戻り検出位置DAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDAを特定(イベントE3)した場合には、状態S7へ移行させる。この状態S7への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻tbからの経過時間TBA)に応じた時間で増加するように決定し、再び計時を開始(開始時刻taとする)する(アクションA4)。ここでは、上述した図7に示す場合と同様のダンパ情報の変化態様とすればよい。
In the state S6, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDB from the key event output from the keyboard unit 15a (event E4) when the key 15bc is pushed in again and passes through the detection position DB. The state is shifted to S5. With the transition to the state S5, the conversion control unit 111 ends the time measurement (action A3).
On the other hand, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDA from the key event output from the keyboard unit 15a when the key 15bc further returns toward the rest position and passes through the detection position DA in the state S6 (event E3). If so, the process proceeds to state S7. With the transition to the state S7, the conversion control unit 111 ends the time measurement, determines that the damper information increases at a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T BA from the start time tb), and measures the time again. Is started (start time ta) (action A4). Here, the change mode of the damper information may be the same as that shown in FIG.

変換制御部111は、状態S7において、鍵15bcが再び押し込まれて検出位置DAを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDAを特定(イベントE3)した場合には、状態S4へ移行させる。この状態S4への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻taからの経過時間TAA)に応じた時間で減少するように決定し、再び計時を開始(開始時刻taとする)する(アクションA7)。ここでは、経過時間TAAが短いほど、ダンパ情報が短い時間で減少するように決定する。すなわち、鍵15bcがエンド位置側から検出位置DAを通過して、再びレスト位置側から検出位置DAを通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eから離れる現象を再現する。なお、アクションA7において、変換制御部111は、経過時間TAAとは関係なく、ダンパ情報が予め決められた時間で減少するように決定してもよい。
一方、変換制御部111は、状態S7において、鍵15bcがさらにレスト位置に向かって戻り検出位置DDを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDDを特定(イベントE2)した場合には、状態S8へ移行させる。この状態S8への移行に伴い、変換制御部111は、アクションA4、A6において開始した計時を一旦終了し、再度、計時を開始(開始時刻tdとする)する(アクションA1)。
In the state S7, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDA (event E3) from the key event output from the keyboard unit 15a by pressing the key 15bc again and passing through the detection position DA. Transition to state S4. Along with the transition to the state S4, the conversion control unit 111 ends the time measurement, determines that the damper information is decreased by a time corresponding to the time measurement result (elapsed time T AA from the start time ta), and measures the time again. Is started (start time ta) (action A7). Here, as the elapsed time TAA is shorter, the damper information is determined to decrease in a shorter time. That is, when the key 15bc passes the detection position DA from the end position side and again passes the detection position DA from the rest position side, the temporal change mode of the subsequent damper information is predicted from the interval of the passage time. Then, the phenomenon that the damper 21f in the grand piano 21 is separated from the string 21e is reproduced. Note that in action A7, conversion control section 111, the elapsed regardless of the time T AA, may be determined so as to reduce the time that the damper information is determined in advance.
On the other hand, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDD from the key event output from the keyboard unit 15a when the key 15bc further returns toward the rest position and passes through the detection position DD in the state S7 (event E2). If so, the process proceeds to state S8. Along with the transition to this state S8, the conversion control unit 111 once ends the timing started in actions A4 and A6, and starts again (sets to the start time td) (action A1).

変換制御部111は、状態S8において、鍵15bcが再び押し込まれて検出位置DBを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDBを特定(イベントE2)した場合には、状態S3へ移行させる。この状態S3への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了し、ダンパ情報が計時結果(開始時刻tdからの経過時間TDD)に応じた時間で減少するように決定し、再び計時を開始(開始時刻tdとする)する(アクションA8)。ここでは、経過時間TDDが短いほど、ダンパ情報が短い時間で減少するように決定する。すなわち、鍵15bcがエンド位置側から検出位置DDを通過して、再びレスト位置側から検出位置DDを通過した場合に、その通過時刻の間隔から、その後のダンパ情報の時間的な変化態様を予測して、グランドピアノ21におけるダンパ21fが弦21eから離れる現象を再現する。なお、アクションA8において、変換制御部111は、経過時間TDDとは関係なく、ダンパ情報が予め決められた時間で減少するように決定してもよい。
一方、変換制御部111は、状態S8において、鍵15bcがさらにレスト位置に向かって戻り検出位置DCを通過することにより、鍵盤部15aから出力された鍵イベントから検出情報KDCを特定(イベントE1)した場合には、状態S1へ移行させる。この状態S1への移行に伴い、変換制御部111は、計時を終了する(アクションA3)。
In the state S8, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDB from the key event output from the keyboard unit 15a (event E2) by the key 15bc being pushed in again and passing through the detection position DB. Transition to state S3. Along with the transition to the state S3, the conversion control unit 111 finishes timing, determines that the damper information is decreased in a time corresponding to the timing result (elapsed time T DD from the start time td), and again counts time. (Start time td) is started (action A8). Here, as the elapsed time T DD is shorter, the damper information is determined to decrease in a shorter time. That is, when the key 15bc passes the detection position DD from the end position side and passes the detection position DD from the rest position side again, a temporal change mode of the subsequent damper information is predicted from the interval of the passage time. Then, the phenomenon that the damper 21f in the grand piano 21 is separated from the string 21e is reproduced. Note that in action A8, conversion control section 111, the elapsed regardless of the time T DD, it may be determined so as to reduce the time that the damper information is determined in advance.
On the other hand, the conversion control unit 111 specifies the detection information KDC from the key event output from the keyboard unit 15a when the key 15bc further returns toward the rest position and passes through the detection position DC in the state S8 (event E1). If so, the process proceeds to state S1. With the transition to the state S1, the conversion control unit 111 ends the time measurement (action A3).

以上が、変形例3におけるダンパ情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定するためのアルゴリズムについての説明である。なお、変形例3における励起情報決定用の状態制御処理に基づいて処理内容を決定するためのアルゴリズムについては、変形例1と同様なものとすればよい。   This completes the description of the algorithm for determining the processing content based on the damper information determination state control processing in the third modification. Note that an algorithm for determining the processing content based on the state control process for determining excitation information in the third modification may be the same as that in the first modification.

[変形例4]
上述した実施形態において、検出位置DHAが図9に示す中間領域Lbと非接触領域Lcとの境界部分に位置する場合には、図7、図8で示した保留時間Tarは「0」としてもよい。変形例における検出位置DAなどについても同様である。
なお、実施形態において、検出位置DHAは、ハンマ21cの動作の再現を主として設計すると中間領域Lbと非接触領域Lcとの境界部分よりもエンド位置側であることが望ましく、一方、ダンパ21fの動作の再現を主として設計すると、境界部分に近いことが望ましい場合が多い。そのため、検出位置DHAは、中間領域Lbと非接触領域Lcとの境界部分よりもエンド位置側に存在する構成であり、保留時間Tarをダンパ情報の予測に含めている。一方、このような状況を考慮する必要がない場合には、本変形例のように検出位置DHAが中間領域Lbと非接触領域Lcとの境界部分に位置する構成とすることが可能である。
[Modification 4]
In the embodiment described above, when the detection position DHA is located at the boundary portion between the intermediate region Lb and the non-contact region Lc shown in FIG. 9, the holding time Tar shown in FIGS. 7 and 8 is set to “0”. Also good. The same applies to the detection position DA in the modified example.
In the embodiment, the detection position DHA is preferably closer to the end position than the boundary portion between the intermediate region Lb and the non-contact region Lc when the reproduction of the operation of the hammer 21c is mainly designed, while the operation of the damper 21f When the reproduction is mainly designed, it is often desirable to be close to the boundary. Therefore, the detection position DHA is configured to be present on the end position side with respect to the boundary portion between the intermediate region Lb and the non-contact region Lc, and the holding time Tar is included in the prediction of the damper information. On the other hand, when it is not necessary to consider such a situation, the detection position DHA can be positioned at the boundary between the intermediate region Lb and the non-contact region Lc as in the present modification.

[変形例5]
上述した実施形態においては、図7、図8に示すように、増加時間Treにおいてダンパ情報が増加する態様は、一定の傾きで直線的に増加する態様、すなわち、時間に関する一次関数で表される態様であったが、二次以上の関数で表されるように曲線的に増加してもよいし、増加時間Treの途中において直線の傾きが変化する態様であってもよい。そして、これらの関数に用いられる係数などのパラメータが経過時間に応じて変化すればよい。
[Modification 5]
In the embodiment described above, as shown in FIGS. 7 and 8, the manner in which the damper information increases at the increase time Tre is expressed by a mode in which the damper information increases linearly with a constant slope, that is, by a linear function related to time. However, it may be increased in a curve as represented by a function of quadratic or higher, or may be an aspect in which the slope of the straight line changes during the increase time Tre . Then, parameters such as coefficients used for these functions may be changed according to the elapsed time.

[変形例6]
上述した実施形態、変形例において、押鍵範囲DWのうち非接触領域Lcにおける鍵15bcの検出位置は、2点であり、ダンパ情報を増加させる程度は、2点の検出位置の鍵15bcの通過により決定されていたが、さらに多くの点の検出位置を用いて決定されるようにしてもよい。この場合には、変換制御部111は、最もレスト位置側の2点の検出位置を用いた計時結果に基づいて、実施形態におけるアクションA4(図6参照)の処理を行うようにしてもよい。
[Modification 6]
In the embodiment and the modification described above, the detection position of the key 15bc in the non-contact area Lc in the key pressing range DW is two points, and the degree to which the damper information is increased passes the key 15bc at the two detection positions. However, it may be determined using detection positions of more points. In this case, the conversion control unit 111 may perform the process of action A4 (see FIG. 6) in the embodiment based on the time measurement result using the two detection positions closest to the rest position.

また、実施形態においては、2点間における経過時間を用いていたが、3点以上の検出位置のうちの2点間の経過時間を複数の組み合わせで計時し、この計時結果に応じてダンパ情報の変化態様を決定するようにしてもよい。すなわち、1つ検出位置の組み合わせから得られる経過時間の計時結果においては、鍵15bcの移動速度が算出可能である一方、複数の組み合わせから得られる経過時間の計時結果を用いることで、鍵15bcの加速度、加加速度などが算出することができることになる。したがって、鍵15bcの速度だけに基づいてダンパ情報の変化態様を予測するよりも、加速度、加加速度を加味して予測することにより、ダンパ情報の変化態様の予測の精度をより向上させることができる。例えば、保留時間Tarおよび増加時間Treの予測精度を向上させることができる。また、増加時間Treにおける変化態様を変形例5に示すような様々な態様として予測することができる。 Further, in the embodiment, the elapsed time between two points is used, but the elapsed time between two points among three or more detection positions is timed in a plurality of combinations, and the damper information according to the time measurement result. The change mode may be determined. That is, in the elapsed time measurement result obtained from the combination of one detection position, the moving speed of the key 15bc can be calculated, while using the elapsed time measurement results obtained from a plurality of combinations, the key 15bc Acceleration, jerk, etc. can be calculated. Therefore, it is possible to improve the accuracy of predicting the change mode of the damper information by predicting the change mode of the damper information in consideration of the acceleration and jerk rather than predicting the change mode of the damper information based only on the speed of the key 15bc. . For example, the prediction accuracy of the holding time Tar and the increase time Tre can be improved. Moreover, the change mode in the increase time Tre can be predicted as various modes as shown in the fifth modification.

[変形例7]
上述した実施形態においては、変換制御部111は、励起情報の決定において、2点の検出位置DHA、DHBを用いていたが、いずれか一方の検出位置を用いるだけでもよい。例えば、鍵15bcが検出位置DHBを通過したら、予め決められた励起情報を決定するようにしてもよい。
[Modification 7]
In the embodiment described above, the conversion control unit 111 uses the two detection positions DHA and DHB in the determination of excitation information. However, only one of the detection positions may be used. For example, when the key 15bc passes the detection position DHB, predetermined excitation information may be determined.

[変形例8]
上述した実施形態においては、鍵15bcの位置は、突出部151d、152dおよび接点153da、153dbを用いて機械的な構造により鍵15bcの位置を検出していたが、複数の検出位置において鍵15bcの位置を検出することができる構成であれば、光学的に検出する構成など他の構成で鍵位置センサ15dを実現してもよい。例えば、光学的に検出するのであれば、LEDなどの発光部と、LED(Light Emitting Diode)からの光の光路上に設けられた光センサなどの受光部とを複数組設け、鍵15bcが押し込まれて検出位置に到達する度に、1組ずつ光路が遮断されるように構成すれば、受光部による受光の有無から鍵15bcの位置を検出することができる。
[Modification 8]
In the embodiment described above, the position of the key 15bc is detected by the mechanical structure using the protrusions 151d and 152d and the contacts 153da and 153db. However, the key 15bc is detected at a plurality of detection positions. As long as the position can be detected, the key position sensor 15d may be realized by other configurations such as an optical detection configuration. For example, for optical detection, a plurality of sets of light emitting units such as LEDs and light receiving units such as optical sensors provided on the optical path of light from the LEDs (Light Emitting Diodes) are provided, and the key 15bc is pushed in. If the optical path is blocked one by one each time the detection position is reached, the position of the key 15bc can be detected from the presence or absence of light reception by the light receiving unit.

[変形例9]
上述した実施形態においては、電子鍵盤楽器1は、ダンパペダル16aおよびシフトペダル16bを有していたが、いずれか一方、または双方が存在しなくてもよい。ダンパペダル16aが存在しない場合には、随時、入力信号3(e(nΔt))=1として扱えばよい。また、シフトペダル16bが存在しない場合には、随時、入力信号4(e(nΔt))=1として扱えばよい。
[Modification 9]
In the embodiment described above, the electronic keyboard instrument 1 has the damper pedal 16a and the shift pedal 16b, but either one or both may not be present. If the damper pedal 16a is not present, the input signal 3 (e P (nΔt)) = 1 may be treated as needed. Further, when there is no shift pedal 16b, the input signal 4 (e S (nΔt)) = 1 may be treated as needed.

[変形例10]
上述した実施形態においては、例えば、鍵盤部15a、ペダル部16の操作に応じて発音させる電子鍵盤楽器1として機能させるために、リアルタイムに楽音信号合成処理を行っていたが、楽音制御データに応じて発音させる場合などにおいては、非リアルタイム処理としてもよい。この場合、楽音制御データには、鍵の押込量の代わりに、鍵15bcが検出位置DHA、DHBを通過するタイミングを示す情報が含まれていてもよい。
[Modification 10]
In the above-described embodiment, for example, in order to function as the electronic keyboard instrument 1 that generates sound in response to the operation of the keyboard unit 15a and the pedal unit 16, the tone signal synthesis processing is performed in real time, but according to the tone control data. For example, in the case of generating a sound, non-real time processing may be used. In this case, the musical tone control data may include information indicating the timing at which the key 15bc passes the detection positions DHA and DHB instead of the key pressing amount.

この場合には、例えば、1曲分の楽音制御データを用いて、「楽器本体の固有振動モード毎の時間軸上速度データ」の算出を先に行っておき、そのデータと「本体の固有振動モードと空気中の観測点との間のインパルス応答または周波数応答のデータ」との畳み込み演算を後から行うということもできる。これは、観測点の位置のみ変更した場合の楽音合成が容易に行えることを意味する。   In this case, for example, using the musical tone control data for one song, the “speed data on the time axis for each natural vibration mode of the instrument main body” is calculated first, and the data and the “natural vibration of the main body” are calculated. It can also be said that the convolution operation with “impulse response or frequency response data between the mode and the observation point in the air” is performed later. This means that tone synthesis can be easily performed when only the position of the observation point is changed.

[変形例11]
上述した実施形態においては、楽音信号合成処理は、グランドピアノ21の音を模擬した楽音信号を合成処理するものであったが、振動して発音する弦などの発音体、鍵の操作により弦を打つなどして振動を励起するハンマなどの作用体、および弦に力を及ぼして振動を抑制するダンパを有する鍵盤楽器であれば、どのような鍵盤楽器の音を模擬した楽音信号を合成処理するものであってもよい。例えば、ハープシコード、チェレスタなどが挙げられる。ハープシコードは、発音体となる弦、作用体となるプレクトラム(弦を弾く爪)、および弦の振動を抑制するダンパを有している。チェレスタは、発音体となる金属片の音板、作用体となる音板を叩くハンマ、および音板の振動を抑制するダンパを有している。
[Modification 11]
In the embodiment described above, the tone signal synthesis process is a synthesis process of a tone signal simulating the sound of the grand piano 21. However, the tone generator such as a string that vibrates and vibrates, and a string by operating a key. A musical tone signal that simulates the sound of any keyboard instrument is synthesized as long as it is a keyboard instrument having an action body such as a hammer that excites vibration by striking it and a damper that applies vibration to the string and suppresses vibration. It may be a thing. For example, harpsichord, celesta and the like can be mentioned. The harpsichord has a string as a sounding body, a plectorum (a claw that plays the string) as an action body, and a damper that suppresses vibration of the string. The Celesta has a sound plate of a metal piece as a sounding body, a hammer that strikes a sound plate as an action body, and a damper that suppresses vibration of the sound plate.

[変形例12]
上述した実施形態においては、楽音信号合成部100は、物理モデル計算により楽音信号を生成する楽音信号合成処理を行っていたが、物理モデル計算以外の構成により楽音信号を生成するものであってもよい。例えば、PCM(pulse code modulation)音源、FM(Frequency Modulation)音源などに用いられる構成により楽音信号を生成してもよい。この場合には、楽音信号合成部100は、入力される入力信号1(e(nΔt))の値(ダンパ情報)に応じて、発音体の振動を抑制する状態を再現するパラメータを制御すればよく、例えば、フィルタのカットオフ周波数、ゲイン、音量レベルなどを制御すればよい。
[Modification 12]
In the above-described embodiment, the tone signal synthesis unit 100 performs the tone signal synthesis process for generating the tone signal by the physical model calculation. However, even if the tone signal synthesis unit 100 generates the tone signal by a configuration other than the physical model calculation. Good. For example, the tone signal may be generated by a configuration used for a PCM (pulse code modulation) sound source, an FM (Frequency Modulation) sound source, or the like. In this case, the tone signal synthesizer 100 controls parameters that reproduce the state of suppressing the vibration of the sounding body according to the value (damper information) of the input signal 1 (e K (nΔt)) that is input. For example, the cutoff frequency, gain, volume level, etc. of the filter may be controlled.

[変形例13]
上述した実施形態における制御プログラムは、磁気記録媒体(磁気テープ、磁気ディスクなど)、光記録媒体(光ディスクなど)、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。また、電子鍵盤楽器1は、制御プログラムをネットワーク経由でダウンロードしてもよい。
[Modification 13]
The control program in the above-described embodiment is provided in a state stored in a computer-readable recording medium such as a magnetic recording medium (magnetic tape, magnetic disk, etc.), an optical recording medium (optical disk, etc.), a magneto-optical recording medium, or a semiconductor memory. Can do. Further, the electronic keyboard instrument 1 may download the control program via a network.

1…電子鍵盤楽器、11…制御部、11a…CPU、11b…DSP、11c…ROM、11d…RAM、11e…信号インターフェイス、11f…内部バス、12…記憶部、13…ユーザ操作部、13a…操作パネル、13b…マウス、13c…操作スイッチ、13d…キーボード、14…表示部、15…演奏操作部、15a…鍵盤部、15b…黒鍵、15c…白鍵、15d…鍵位置センサ、151c…鍵支持部、150d…ラバードーム、151d,152d…突出部、153d…スイッチ部、153da,153db…接点、16…ペダル部、16a…ダンパペダル、16b…シフトペダル、16cc…ペダル位置センサ、17…放音部、17a…デジタルアナログ変換器、17b…スピーカ、18…バス、21…グランドピアノ、21a…鍵、21b…鍵盤、21c…ハンマ、21d…アクション機構、21e…弦、21ea…駒、21eb…ベアリング、21f…ダンパ、21h…キャビネット、21j…本体、21m…ダンパペダル、21n…シフトペダル、100,100A…楽音信号合成部、101…比較部、102−1、102−2…ダンパモデル計算部、103…ハンマモデル計算部、104−1,104−2…弦モデル計算部、105…本体モデル計算部、106,106Z…空気モデル計算部、107…演算部、110…鍵イベント変換部、111…変換制御部、112…ダンパ情報出力部、113…励起情報出力部、114…タイマ、120…ペダルイベント変換部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electronic keyboard instrument, 11 ... Control part, 11a ... CPU, 11b ... DSP, 11c ... ROM, 11d ... RAM, 11e ... Signal interface, 11f ... Internal bus, 12 ... Memory | storage part, 13 ... User operation part, 13a ... Operation panel, 13b ... mouse, 13c ... operation switch, 13d ... keyboard, 14 ... display unit, 15 ... performance operation unit, 15a ... keyboard unit, 15b ... black key, 15c ... white key, 15d ... key position sensor, 151c ... Key support part, 150d ... Rubber dome, 151d, 152d ... Projection part, 153d ... Switch part, 153da, 153db ... Contact, 16 ... Pedal part, 16a ... Damper pedal, 16b ... Shift pedal, 16cc ... Pedal position sensor, 17 ... Release Sound part, 17a ... digital / analog converter, 17b ... speaker, 18 ... bus, 21 ... grand piano, 2 a ... key, 21b ... keyboard, 21c ... hammer, 21d ... action mechanism, 21e ... string, 21ea ... piece, 21eb ... bearing, 21f ... damper, 21h ... cabinet, 21j ... main body, 21m ... damper pedal, 21n ... shift pedal, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... Music signal synthesis | combination part, 101 ... Comparison part, 102-1, 102-2 ... Damper model calculation part, 103 ... Hammer model calculation part, 104-1, 104-2 ... String model calculation part, 105 ... Main body Model calculation unit 106, 106Z ... Air model calculation unit 107 ... Calculation unit 110 ... Key event conversion unit 111 ... Conversion control unit 112 ... Damper information output unit 113 ... Excitation information output unit 114 ... Timer 120 ... Pedal event converter

Claims (5)

鍵に対する操作に応じて発音体の振動を励起する作用体と当該操作に応じて当該発音体に力を及ぼして前記振動を抑制するダンパとを有するアコースティック鍵盤楽器から発生する音を模擬した楽音信号を生成する電子鍵盤楽器であって、
操作に応じて予め決められた押鍵範囲で移動可能に設けられた鍵と、
前記鍵を前記押鍵範囲における複数の検出位置において検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記鍵の状態変数を更新する状態変数更新手段と、
前記作用体により前記発音体の振動を励起するためのパラメータを示す励起情報を出力する励起情報出力手段と、
前記ダンパによる前記発音体の振動を抑制するためのパラメータを示すダンパ情報を出力するダンパ情報出力手段と、
前記検出手段による検出結果と前記状態変数とに基づいて前記出力される励起情報を決定し、前記状態変数と、前記検出手段によって前記鍵が各検出位置において検出された時刻に基づいて、前記出力されるダンパ情報の変化態様を決定する出力制御手段と
前記出力された前記励起情報および前記ダンパ情報に基づいて決定される前記発音体の振動に応じた音を示す楽音信号を生成する楽音信号合成手段と
を具備することを特徴とする電子鍵盤楽器。
A musical tone signal simulating a sound generated from an acoustic keyboard instrument having an action body that excites vibration of a sounding body in response to an operation on a key and a damper that applies force to the sounding body in accordance with the operation and suppresses the vibration An electronic keyboard instrument that generates
A key provided to be movable within a predetermined key pressing range according to the operation;
Detecting means for detecting the key at a plurality of detection positions in the key pressing range;
State variable update means for updating the state variable of the key based on the detection result by the detection means;
Excitation information output means for outputting excitation information indicating parameters for exciting vibration of the sounding body by the acting body;
Damper information output means for outputting damper information indicating parameters for suppressing vibration of the sounding body by the damper;
The detection result by the detecting means and on the basis of said state variable to determine the excitation information to be the output, and the state variable, based on the time when the key is detected at each detecting position by the detecting means, wherein Output control means for determining a change mode of the output damper information ;
An electronic keyboard instrument comprising: a tone signal synthesis means for generating a tone signal indicating a sound corresponding to the vibration of the sounding body determined based on the output excitation information and the damper information.
前記楽音信号合成手段は、
前記出力されるダンパ情報から算出されるダンパの粘性係数を用いて、前記ダンパが前記発音体に及ぼす力を示す第1の情報を算出し、
前記出力される励起情報から算出される前記作用体が前記発音体に及ぼす力および前記第1の情報を用いた前記発音体の振動を表す運動方程式に基づいて、前記発音体の振動を表す第2の情報を算出し、
前記第2の情報に基づいて、前記楽音信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子鍵盤楽器。
The musical sound signal synthesis means includes:
Using the damper viscosity coefficient calculated from the output damper information, the first information indicating the force exerted on the sounding body by the damper is calculated,
Based on a force applied to the sounding body by the operating body calculated from the output excitation information and a motion equation representing the vibration of the sounding body using the first information, 2 information,
The electronic keyboard instrument according to claim 1, wherein the musical tone signal is generated based on the second information.
前記検出手段は、前記押鍵範囲のうち第1の位置および当該第1の位置よりレスト位置側の第2の位置において、前記鍵を検出し、
前記出力制御手段は、前記検出手段によって前記第1の位置において前記鍵が検出され、その後に前記第2の位置において前記鍵が検出されると、前記第1の位置の検出時刻から前記第2の位置の検出時刻までの経過時間が短いほど、前記発音体の振動を抑制する程度が早く増加するように、前記ダンパ情報の変化態様を決定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子鍵盤楽器。
The detection means detects the key at a first position in the key pressing range and a second position closer to the rest position than the first position,
The output control means detects the key at the first position by the detecting means and then detects the key at the second position, and then detects the second from the detection time of the first position. The change mode of the damper information is determined so that the degree of suppression of vibration of the sounding body increases faster as the elapsed time until the position detection time is shorter. Electronic keyboard instrument described in 1.
前記出力制御手段は、
前記第2の位置における前記鍵の検出後、前記経過時間が短いほど短時間になるように決められた保留時間が経過してから、前記発音体の振動を抑制する程度を増加させるように、前記ダンパ情報の変化態様を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電子鍵盤楽器。
The output control means includes
After the detection of the key at the second position, after the holding time that has been determined to be shorter as the elapsed time is shorter, to increase the degree of suppressing the vibration of the sounding body, The electronic keyboard instrument according to claim 3, wherein a change mode of the damper information is determined.
前記出力制御手段が前記励起情報の決定に用いる前記検出結果における前記鍵の検出位置と、前記出力制御手段が前記ダンパ情報の変化態様の決定に用いる前記時刻における前記鍵の検出位置とが異なっているThe detection position of the key in the detection result used by the output control means for determining the excitation information is different from the detection position of the key at the time used by the output control means for determining the change mode of the damper information. Have
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子鍵盤楽器。The electronic keyboard instrument according to any one of claims 1 to 4, wherein
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