JP6142489B2 - 音波形信号生成装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、体鳴打楽器の音を示す音波形信号を生成する技術に関する。

ユーザによる演奏に応じて楽音の音波形信号を電気的もしくは電子的に生成する技術がある。例えば、特許文献１には、入力部に対する打撃演奏が行なわれた際、打撃面積を検出し、検出した打撃面積に応じた音色の楽音を発生する電子打楽器が開示されている。この電子打楽器によれば、ユーザは打撃に用いるスティックの形状によって音色制御を行なうことができる。

また、例えば、特許文献２には、基本波形信号がループ回路で処理して楽音を合成する楽音合成装置が開示されている。この楽音合成装置のループ回路の周回利得は、入力される発生楽音の自然減衰に対応して設定される第１のゲインパラメータと、特殊演奏時の自然減衰または特殊演奏による発振成長に対応して設定される第２のゲインパラメータとに基づいて制御される。そのため、それらを１つのゲインパラメータにより制御する場合と比較し、簡単に複雑な演奏表現が可能である。

特開平５−８０７５１号公報 特開平６−２２２７６７号公報

楽器の練習には騒音対策が求められることが多い。体鳴打楽器（特定素材、特定形状、特定サイズの固体を振動体として備え、振動体に対する打撃に応じて振動体が振動し音を発するシンバル、鉄琴等の楽器を本願において「体鳴打楽器」という）の騒音対策としては、振動体に対しスポンジ等の振動吸収体を押し付けて弱音化する方法が一般的に採用されている。図１０は、これらの弱音化された体鳴打楽器（以下、「弱音体鳴打楽器」という）の音波形を、弱音化されていない通常の同種の体鳴打楽器（以下、「通常体鳴打楽器」という）の音波形と対比して示した図である。図１０に示されるように、弱音体鳴打楽器の音波形は、アタック音部分に関しては通常体鳴打楽器の音波形と大きな差が無いが、それに続く減衰音部分に関しては通常体鳴打楽器の音波形と比べ減衰が速く、その時間長が短い、という特徴を持っている。従って、例えば弱音体鳴打楽器を用いて通常の音量で練習をしたいと思うユーザが、弱音体鳴打楽器の音をマイクで集音しアンプで増幅してヘッドフォンで聞いたとしても、ヘッドフォンから聞こえる音は通常体鳴打楽器の音とかなり異なる音となる。そこで、弱音体鳴打楽器の音を用いて、通常体鳴打楽器が発する音の減衰音部分に類似する音を生成する技術に対するニーズがある。

打楽器の他の騒音対策として、電子ドラムシステムを用いる方法がある。電子ドラムシステムにおいては、ユーザがパッドを叩いた際にパッドに取り付けられたセンサから出力される音波形信号に基づき、音源装置においてアタックの検出が行われる。音源装置は予め打楽器の音波形信号を記憶しており、アタックの検出をトリガとして記憶されている打楽器の音波形信号を再生する。音源装置の記憶リソースの有効活用の観点から、音源装置に記憶される音波形信号のサイズは小さい方が望ましい。図１０に示されるように、一般的に通常体鳴打楽器の音波形信号はアタック音部分の時間が短く減衰音部分の時間が長い。従って、アタック音部分の音波形信号から、減衰音部分の音波形信号に類似する音波形信号を生成することができれば、音源装置にはアタック音部分の音波形信号のみを記憶すればよいため望ましい。

本発明は上記の事情に鑑み、弱音体鳴打楽器の音波形信号から、通常体鳴打楽器の音波形信号と類似の音波形信号を生成する手段を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、体鳴打楽器の音波形を示す音波形信号を取得する音波形信号取得手段と、入力された音波形信号を所定の遅延時間だけ遅らせて出力する遅延器と、前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号と前記遅延器から出力される音波形信号を用いて生成された音波形信号とを加算して前記遅延器に出力する加算器と、前記遅延器から前記加算器に至る信号経路上に配置され当該信号経路上を通過する音波形信号を減幅する減幅器とを有する音波形信号生成手段と、前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号の振幅および前記音波形信号生成手段から出力される音波形信号の振幅のうちの少なくとも１の振幅を特定する振幅特定手段とを備え、前記減幅器は、前記振幅特定手段により特定された振幅に基づき特定される目標ゲインに近づくようにゲインを増減し、前記振幅特定手段により特定された振幅が小さい程、小さい減幅率で音波形信号を減幅し、ゲインを増加する場合にゲインを減少する場合よりも小さい単位時間あたりの変化率でゲインを増加する音波形信号生成装置を提案する。

上記の音波形信号生成装置において、前記減幅器は、入力される音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分を各々異なる減幅率で減幅する、という構成が採用されてもよい。

また、上記の音波形信号生成装置において、前記振幅特定手段は、音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分の各々の振幅を特定し、前記減幅器は、入力される音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分の各々に関し、前記振幅特定手段により特定された２以上の振幅のうち当該所定の周波数帯の成分に応じた振幅が小さい程、小さい減幅率で、当該所定の周波数帯の成分を減幅する、という構成が採用されてもよい。

また、上記の音波形信号生成装置において、前記振幅特定手段は、前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号の振幅を入力信号の振幅として特定し、前記音波形信号生成手段から出力される音波形信号の振幅を出力信号の振幅として特定し、前記減幅器は、前記振幅特定手段により特定された入力信号の振幅と出力信号の振幅のうち大きい方を選択し、当該選択した振幅が小さい程、小さい減幅率で音波形信号を減幅する、という構成が採用されてもよい。

また、本発明は、コンピュータを、上記の音波形信号生成装置が備える前記音波形信号取得手段、前記音波形信号生成手段および前記振幅特定手段として機能させるプログラムを提案する。

本発明によれば、弱音体鳴打楽器の音波形信号の振幅が小さい程、小さい減幅率で減幅される音波形信号が生成される。その結果、振幅が小さい程、残響時間が長い、という特性を持つ通常体鳴打楽器の音波形信号に類似の音波形信号が、弱音体鳴打楽器の音波形信号から生成される。

本発明の本実施形態にかかる音波形信号生成システムの構成の概要を示した図である。 通常の体鳴打楽器の音波形信号の打撃後の経過時間とパワーとの関係を異なる打撃強度に関し示したグラフである。 通常の体鳴打楽器の音波形信号の周波数と残響時間との関係を、音波形信号の異なるパワー毎に示したグラフである。 通常の体鳴打楽器の音波形信号の周波数と振幅値との関係を、打撃後の異なる経過時間毎に示したグラフである。 本発明の本実施形態にかかる音波形信号処理部の構成を示した図である。 本発明の本実施形態にかかる音波形信号処理部が備えるフィルタの特性を示した図である。 本発明の本実施形態にかかる音波形信号処理部が減幅器のゲイン制御に用いる振幅値と残響時間比率との関係を示すグラフである。 本発明の本実施形態にかかる音波形信号処理部がフィルタのパラメータ制御に用いる振幅値と特定帯域比率との関係を示すグラフである。 通常の体鳴打楽器の音波形と弱音化された体鳴打楽器の音波形を対比して示した図である。

［実施形態］
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる音波形信号生成システム１の構成の概要を示した図である。音波形信号生成システム１は、外部から入力される弱音体鳴打楽器の音波形信号を用いて、通常体鳴打楽器の音波形信号に類似した音波形信号を生成し出力する音波形信号生成装置１１と、弱音体鳴打楽器１２と、弱音体鳴打楽器１２の発する音を示す音波形信号を生成するピックアップ１３と、音波形信号生成装置１１から出力される音波形信号に従い放音を行う放音器１４とを備えている。

なお、本願において、通常体鳴打楽器の音波形信号に類似した音波形信号とは、弱音体鳴打楽器の音波形信号と比較し、通常体鳴打楽器の音波形信号との間で、少なくとも打撃の強さと振幅の残響時間との関係性を示す関数式の近似度が高い音波形信号のことをいう。

弱音体鳴打楽器１２は、振動体にスポンジ等の振動吸収体が押し付けられたシンバル等の体鳴打楽器である。ただし、弱音体鳴打楽器１２における弱音化の方法および体鳴打楽器の種別はこれらに限られない。ピックアップ１３は、例えば振動体に取り付けられたピエゾ式の振動センサ、もしくは振動体付近に取り付けられたマイクである。ただし、ピックアップ１３の方式はこれらに限られない。放音器１４は、例えばアンプ内蔵スピーカである。

音波形信号生成装置１１のハードウェアは、例えば一般的なコンピュータであり、そのハードウェア構成部として、まず、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＯＳ（Operating System）およびアプリケーションプログラム等に従い各種演算を行うとともに他の構成部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＢＩＯＳやＯＳ、アプリケーションプログラムやそれらのプログラムが扱う各種データ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、主としてＣＰＵ１０１が一時的にデータを記憶するワーキングエリアとして利用するＲＡＭ（Random Access Memory）１０３を備えている。

また、音波形信号生成装置１１は、ピックアップ１３から音波形信号の入力を受ける音波形信号入力Ｉ／Ｆ（Interface）１０４（音波形信号取得部）、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４が受け取った音波形信号を用いた各種信号処理を行い新たな音波形信号を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０５、ＤＳＰ１０５により生成された音波形信号を放音器１４に対し出力する音波形信号出力Ｉ／Ｆ１０６（音波形信号出力部）を備えている。

また、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４がピックアップ１３から受け取る音波形信号がアナログ信号である場合、音波形信号生成装置１１は音波形信号をデジタル信号に変換した後にＣＰＵ１０１やＤＳＰ１０５に引き渡すＡＤ（Analog to Digital）コンバータ（図示略）を備え、放音器１４がアナログ信号に従い放音を行なう場合、音波形信号生成装置１１はＤＳＰ１０５により生成される音波形信号をデジタル信号からアナログ信号に変換した後に音波形信号出力Ｉ／Ｆ１０６を介して放音器１４に出力するＤＡ（Digital to Analog）コンバータ（図示略）を備える。

ＣＰＵ１０１とＤＳＰ１０５は、ＲＯＭ１０２に記憶されている本実施形態にかかるアプリケーションプログラムに従った処理を行うことにより、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４により取得された弱音体鳴打楽器１２の音波形信号を用いて通常体鳴打楽器の音波形信号と類似の音波形信号を生成する音波形信号処理部１１０として機能する。

音波形信号処理部１１０の具体的な処理の説明に先立ち、一般的な通常体鳴打楽器の音波形信号の残響特性を説明する。図２は、通常体鳴打楽器の例として、シンバルのボウ部分（中央のカップ部分と周辺のエッジ部分との間の部分）を打撃した場合における、シンバルが発する音波形信号の打撃後の経過時間（ミリ秒）とパワー（ｄＢ）との関係を、強く打撃した場合（強打）、中程度の強さで打撃した場合（中打）、弱く打撃した場合（弱打）、の各々につき示したグラフである。図２のグラフの各時刻における傾きに示されるように、通常体鳴打楽器の音波形信号のパワーは、打撃の強さによらず、パワーが大きい程、減衰の速度が速く、パワーが小さい程、減衰の速度が遅い、という特性を持っている。

図３は、シンバルのボウ部分を強く打撃した場合にシンバルが発する音波形信号の周波数（Ｈｚ）と残響時間（秒）との関係を、音波形信号の異なるパワー毎に示したグラフである。本願において、残響時間とは、パワーが現在の値から所定のデシベルだけ減衰するまでに要する時間を意味し、本実施形態においてはその所定のデシベルを６０ｄＢとする。図３に示されるように、通常体鳴打楽器の音波形信号は、周波数によらず、パワーが大きい程、残響時間が短く、パワーが小さい程、残響時間が遅い。また、異なる周波数帯域に区分してその残響特性を見ると、概ね２ｋＨｚ以上の高域の周波数帯と概ね１ｋＨｚ以下の中低域の周波数帯の成分においてはパワーの低下に伴い残響時間が長くなるものの、概ね１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの中域の周波数帯の成分と比較し、その残響時間の伸びが小さい。すなわち、通常体鳴打楽器の音波形信号のパワーは、高域および中低域の周波数帯の成分は打撃の直後に急速に減衰する一方、中域の周波数帯の成分はその減衰が遅い、という特性を持っている。

図４は、シンバルのボウ部分を強く打撃した場合にシンバルが発する音波形信号の周波数（Ｈｚ）と周波数スペクトルの対数振幅（ｄＢ）（以下、「対数振幅」を単に「振幅」という）との関係を、打撃後の異なる経過時間毎に示したグラフである。図４に示されるように、通常体鳴打楽器の音波形信号の周波数スペクトルの振幅は、周波数によらず、打撃後の時間の経過に伴い低下するが、高域の周波数帯（概ね２ｋＨｚ以上）と中低域の周波数帯（概ね１ｋＨｚ以下）においては時間の経過に伴い急速に減衰が認められる一方、中域の周波数帯（概ね１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ）においては減衰が緩慢である、という特性を持っている。

図２乃至図４に示される通常体鳴打楽器の音波形信号の音響特性と類似の音響特性を持つ音波形信号を生成するために、音波形信号処理部１１０は、以下の２つの特性を持つ音波形信号を生成するように構成されている。
（１）周波数によらず、振幅が大きい程、減衰速度が速く、振幅が小さい程、減衰速度が遅い。
（２）中域の周波数帯と比較し、中低域および高域の周波数帯の成分の減衰速度が速い。

図５は、音波形信号処理部１１０の具体的な構成例（小型のシンバルの音波形信号を生成）を示した図である。まず、音波形信号処理部１１０は、ｎ個（ｎは任意の自然数）の音波形信号生成部１１１、複数の音波形信号生成部１１１の各々から出力される音波形信号を加算する加算器１１２、弱音体鳴打楽器１２の音波形信号および加算器１１２から出力される音波形信号の振幅を特定する振幅特定部１１３、音波形信号生成部１１１の各々が有するフィルタ群（後述）における目標ゲインを振幅特定部１１３により特定された振幅に基づき決定するゲイン制御部１１４を備えている。

以下、ｎ個の音波形信号生成部１１１を各々区別する場合、「音波形信号生成部１１１−＃」（ただし、＃は１以上ｎ以下の自然数）のように記載する。音波形信号生成部１１１の各々は、複数の周波数帯域の各々に対応するように設けられている。

音波形信号生成部１１１の各々は、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４から入力される弱音体鳴打楽器１２の音波形信号と、遅延器１１１２からフィルタ群を経由してフィードバックされてくる音波形信号とを加算する加算器１１１１と、加算器１１１１から入力される音波形信号を、所定の遅延時間（たとえば、通常体鳴打楽器の主な振動周波数のある帯域で、なるべく干渉しないような所定の帯域に応じた遅延時間等）だけ遅らせて出力する遅延器１１１２と、遅延器１１１２から加算器１１１１へと向かう音波形信号の経路上に配置されたフィルタ群である減幅器１１１３、ＨＳＦ（High Shelving Filter）１１１４およびＬＳＦ（Low Shelving Filter）１１１５を備えている。なお、遅延時間は、他の設定でも構わない。

図６は、ＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のフィルタ特性を示した図である。図７（ａ）に示されるように、ＨＳＦ１１１４は高域の周波数帯の成分の振幅を変化させるフィルタであり、その変化におけるゲインを「ＨＳＦゲイン」と呼ぶ。また、図７（ｂ）に示されるように、ＬＳＦ１１１５は低域の周波数帯の成分の振幅を変化させるフィルタであり、その変化におけるゲインを「ＬＳＦゲイン」と呼ぶ。本実施形態においては、ＨＳＦゲインおよびＬＳＦゲインは共に負の値をとり、ＨＳＦ１１１４は高域の周波数帯の成分の振幅を減じ、ＬＳＦ１１１５は低域の周波数帯の成分の振幅を減じる。

音波形信号生成部１１１が備えるフィルタ群の各々は、遅延器１１１２から遅延器１１１２へとフィードバックされる音波形信号（以下、「フィードバック信号」という）に含まれる異なる周波数帯域毎の成分を各々減幅する役割を果たす。より具体的には、減幅器１１１３はフィードバック信号の全周波数帯域の成分を減幅する。従って、減幅器１１１３の減幅における目標ゲインを制御することにより、上記の特性（１）、すなわち、周波数によらず、振幅が大きい程、減衰速度が速く、振幅が小さい程、減衰速度が遅い、という特性を持つ音波形信号の生成が可能となる。

一方、ＨＳＦ１１１４は主としてフィードバック信号の中低域の周波数帯の成分を減幅する。また、ＬＳＦ１１１５は主としてフィードバック信号の高域の周波数帯の成分を減幅する。従って、ＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のフィルタ特性を制御することにより、上記の特性（２）、すなわち、中域の周波数帯と比較し、中低域および高域の周波数帯の成分の減衰速度が速い、という特性を持つ音波形信号の生成が可能となる。

減幅器１１１３のゲイン制御に用いる振幅を特定するために、振幅特定部１１３は、弱音体鳴打楽器１２の音波形信号の振幅包絡である入力信号エンベロープを生成する入力信号エンベロープ生成部１１３１と、加算器１１２から放音器１４に出力される音波形信号の振幅包絡である出力信号エンベロープを生成する出力信号エンベロープ生成部１１３２と、入力信号エンベロープ生成部１１３１および出力信号エンベロープ生成部１１３２の各々により生成されるエンベロープの最大値（絶対値）のうち大きい方を振幅の代表値として特定する振幅比較部１１３３とを備えている。

上記のように、振幅比較部１１３３により、音波形信号処理部１１０の入力信号の振幅と出力信号の振幅のうち大きい方が選択され、以下に述べる減幅器１１１３の目標ゲインの特定に利用されることにより、出力信号が示す現在の振幅よりも大きな振幅の新たな打撃が行われた場合にはその新たな打撃の振幅に従い残響時間が決定される一方、出力信号が示す現在の振幅よりも小さな振幅の新たな打撃が行われた場合には引き続き現在の振幅に従い残響時間が決定されることになる。

減幅器１１１３のゲイン制御を行なうために、ゲイン制御部１１４は、振幅比較部１１３３により選択された振幅に基づき減幅器１１１３の目標ゲインを特定する目標ゲイン特定部１１４１と、減幅器１１１３のゲインを目標ゲイン特定部１１４１により特定された目標ゲインに近付けるように増減させるゲイン増減部１１４２とを備えている。

目標ゲイン特定部１１４１が振幅比較部１１３３により選択された振幅に応じた目標ゲインを算出するために必要なデータとして、例えばＲＯＭ１０２には以下のデータが予め記憶されている。
（ａ）最大の強さで打撃した際に通常体鳴打楽器が発する音波形信号の打撃直後の残響時間ＲＴ（０）。（ただし、ＲＴ（Ｌ）は振幅Ｌに応じた残響時間であり、単位は秒）
（ｂ）最大の強さで打撃した際の通常体鳴打楽器が発する音波形信号の打撃直後の振幅を０ｄＢとする時の振幅Ｌと残響時間比率ＲＴＲ（Ｌ）との関係を示すデータ。（ただし、ＲＴＲ（Ｌ）は振幅Ｌに応じた残響時間比率であり、無単位）
（ｃ）残響時間ＲＴ（Ｌ）と目標ゲインＧ（ＲＴ（Ｌ））との関係を示すデータ。（ただし、Ｇ（ＲＴ（Ｌ））は残響時間ＲＴ（Ｌ）に応じたゲインであり、単位はｄＢ）

上記（ａ）の残響時間ＲＴ（０）は通常体鳴打楽器の種類等に応じて変化する。以下、例として、残響時間ＲＴ（０）＝２２（秒）であるものとする。
上記（ｂ）の振幅Ｌと残響時間比率ＲＴＲ（Ｌ）との関係を示すデータもまた、通常体鳴打楽器の種類等に応じて変化する。以下、例として、上記（ｂ）のデータは以下の式１を示すものとする。

図７は式１に示される振幅Ｌと残響時間比率ＲＴＲ（Ｌ）との関係を示すグラフである。なお、振幅Ｌと残響時間比率ＲＴＲ（Ｌ）との関係を示すデータとしては、式１を示すデータに代えて、式１および図７に示される関係に従った振幅Ｌと残響時間比率ＲＴＲ（Ｌ）の対応関係を示すテーブルなど、他の形式のデータが採用されてもよい。また、ここでは例として振幅Ｌと残響時間比率ＲＴ（Ｌ）の関係が線形であるものとしているが、振幅Ｌと残響時間比率ＲＴ（Ｌ）の関係は非線形でもよい。

式１に従い、振幅Ｌと残響時間ＲＴ（Ｌ）との関係は以下の式２により示される。

上記（ｃ）の残響時間ＲＴ（Ｌ）と目標ゲインＧ（ＲＴ（Ｌ））との関係を示すデータは、以下の式３を示すものとする。
ただし、ＤＣ_mは音波形信号生成部１１１−ｍ（ただし、ｍは１以上ｎ以下の自然数）が備える遅延器１１１２の遅延時間（秒）を示す。なお、遅延器１１１２の遅延時間ＤＣ_mは音波形信号生成部１１１−ｍが生成する音波形信号の周波数帯域に対応し予め設定されている固定値である。

目標ゲイン特定部１１４１は振幅比較部１１３３により選択された振幅を振幅Ｌとして上記の式２に代入して残響時間ＲＴ（Ｌ）を算出し、さらに算出した残響時間ＲＴ（Ｌ）を上記の式３に代入して目標ゲインＧ（ＲＴ（Ｌ））を算出する。これにより、目標ゲインの特定が行われる。

ゲイン増減部１１４２は、減幅器１１１３に現在設定されているゲインを、上記のようにして目標ゲイン特定部１１４１により特定された目標ゲインに近付けるように、減幅器１１１３のゲインを増減させる。そのように増減されるゲインの減幅率は、現在の振幅が小さい程、減衰時間が長くなるように小さく、現在の振幅が大きい程、減衰時間が短くなるように大きくなる。ゲイン増減部１１４２は、減幅器１１１３のゲインを増加する場合は、単位時間あたりのゲインの変化率を小さくして、時間をかけながら緩やかにゲインを増加させる。一方、ゲイン増減部１１４２は、減幅器１１１３のゲインを減少する場合は、単位時間あたりのゲインの変化率を増加する場合よりも大きくして、短時間で速やかにゲインを減少させる。

また、ゲイン増減部１１４２は上記の基本動作に加え、音波形信号生成部１１１から出力される音波形信号の振幅の不自然な変化を回避するために、入力信号エンベロープ生成部１１３１により生成されたデータが示すエンベロープの最大値（絶対値）が所定の閾値以上の場合（新たに強い打撃が行われた場合）以外は減幅器１１１３のゲインを減少させない、ゲインの変化率の上限を設ける、等の制御を行う。

ＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のフィルタ特性の制御に用いる振幅を特定するために、振幅特定部１１３は、弱音体鳴打楽器１２の音波形信号の低域の周波数成分をカットするＨＰＦ（High Pass Filter）１１３４と、ＨＰＦ１１３４から出力される音波形信号の振幅包絡である入力信号エンベロープを生成する入力信号エンベロープ生成部１１３５と、加算器１１２から放音器１４に出力される音波形信号の低域の周波数成分をカットするＨＰＦ１１３６と、ＨＰＦ１１３６から出力される音波形信号の振幅包絡である出力信号エンベロープを生成する出力信号エンベロープ生成部１１３７と、入力信号エンベロープ生成部１１３５および出力信号エンベロープ生成部１１３７の各々により生成されるエンベロープの最大値（絶対値）のうち大きい方を振幅の代表値として特定する振幅比較部１１３８とを備えている。

入力信号エンベロープ生成部１１３５、出力信号エンベロープ生成部１１３７および振幅比較部１１３８が行う処理は、入力信号エンベロープ生成部１１３１、出力信号エンベロープ生成部１１３２および振幅比較部１１３３が行う処理と同様である。ただし、入力信号エンベロープ生成部１１３５および出力信号エンベロープ生成部１１３７が処理する音波形信号は、音波形信号処理部１１０の入力信号および出力信号のうち、ＨＰＦ１１３４およびＨＰＦ１１３６により取り出された高域の周波数帯の成分である。これは、本実施形態にかかる音波形信号処理部１１０においては、入力信号および出力信号の高域の周波数帯の成分の振幅に基づき、主に中低域の周波数帯のゲインを増減させるＨＳＦ１１１４のフィルタ特性と、主に高域の周波数帯のゲインを増減させるＬＳＦ１１１５のフィルタ特性の両方を制御する構成が採用されているためである。

既に述べたように、通常体鳴打楽器の発する音波形信号は、中域の周波数帯と比較し中低域および高域の周波数帯の成分の減衰速度が速い。小型のシンバルの場合、一般的に、概ね２００Ｈｚ〜５００Ｈｚの中低域の周波数帯の成分と、概ね６ｋＨｚ以上の高域の周波数帯の成分の減衰速度が、中域の周波数帯の成分の減衰速度よりも著しく速い、という特性を持っている。従って、ＨＳＦ１１１４は概ね５００Ｈｚ以下の周波数帯の成分の振幅を低減させるフィルタ特性を持ち、ＬＳＦ１１１５は概ね６ｋＨｚ以上の周波数帯の成分の振幅を低減させるフィルタ特性を持つように、それらのパラメータ設定が行われている。また、ＨＰＦ１１３４およびＨＰＦ１１３６のカットオフ周波数は６ｋＨｚに設定されている。

音波形信号処理部１１０から出力される音波形信号の中低域および高域のゲインを制御するために、ゲイン制御部１１４は、振幅比較部１１３３により選択された振幅および振幅比較部１１３８により選択された振幅に基づきＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のパラメータの増減の方向を特定するフィルタ特性特定部１１４３と、ＨＳＦ１１１４のパラメータをフィルタ特性特定部１１４３により特定された方向に増減させることで音波形信号生成部１１１から出力される音波形信号の中低域のゲインを制御するＨＳＦゲイン制御部１１４４と、ＬＳＦ１１１５のパラメータをフィルタ特性特定部１１４３により特定された方向に増減させることで音波形信号生成部１１１から出力される音波形信号の高域のゲインを制御するＬＳＦゲイン制御部１１４５とを備えている。

フィルタ特性特定部１１４３がＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のパラメータの目標値を特定するために必要なデータとして、例えばＲＯＭ１０２には以下の式４を示すデータが予め記憶されている。
ただし、ＬＲ（Ｌ）は振幅比較部１１３３により選択された振幅Ｌに対する中低域および高域の振幅の目標値の比率（ｄＢ）（以下、特定帯域比率という）を示す。

図８は式４に示される振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）との関係を示すグラフである。式４および図８に示される振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）との関係は、例えば、通常体鳴打楽器（この場合、小型のシンバル）を様々な強さで打撃して得られる音波形信号の様々なタイミング（打撃直後の振幅が不安定な部分を除く）における全周波数帯域の振幅とその振幅に対する高域（この場合、６ｋＨｚ以上）の振幅の比率（ｄＢ）との対応関係を最小自乗法等により一次関数で近似して求めたものである。

なお、振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）との関係を示すデータとしては、式４を示すデータに代えて、式４および図８に示される関係に従った振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）の対応関係を示すテーブルなど、他の形式のデータが採用されてもよい。また、ここでは例として振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）の関係が線形であるものとしているが、振幅Ｌと特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）の関係は非線形でもよい。

フィルタ特性特定部１１４３は、振幅比較部１１３３により選択された振幅Ｌを式４に代入して特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）を、目標特定帯域比率として算出する。また、振幅比較部１１３８は、振幅比較部１１３３により選択された振幅Ｌに対する、振幅比較部１１３８により選択された高域の振幅の比率を現状特定帯域比率として算出する。フィルタ特性特定部１１４３は、現状特定帯域比率が目標特定帯域比率より高い場合には、ＨＳＦゲイン制御部１１４４に対しＨＳＦ１１１４のＨＳＦゲイン（絶対値）を大きく（高域の減幅率を大きく）するように、またＬＳＦゲイン制御部１１４５に対しＬＳＦ１１１５のＬＳＦゲイン（絶対値）を大きく（低域の減幅率を大きく）するように指示する。一方、フィルタ特性特定部１１４３は、現状特定帯域比率が目標特定帯域比率より低い場合には、ＨＳＦゲイン制御部１１４４に対しＨＳＦ１１１４のＨＳＦゲイン（絶対値）を小さく（高域の減幅率を小さく）するように、またＬＳＦゲイン制御部１１４５に対しＬＳＦ１１１５のＬＳＦゲイン（絶対値）を小さく（低域の減幅率を小さく）するように指示する。

ＨＳＦゲイン制御部１１４４およびＬＳＦゲイン制御部１１４５は、上記のようにフィルタ特性特定部１１４３から与えられる指示に従い、ＨＳＦ１１１４のＨＳＦゲインおよびＬＳＦ１１１５のＬＳＦゲインが増減するようにそれらのフィルタのパラメータ変更を行う。その際、ＨＳＦゲイン制御部１１４４およびＬＳＦゲイン制御部１１４５は、パラメータ変更が行われた後にその変更が音波形信号生成部１１１の出力信号に反映されるまでの遅延時間を考慮して、例えば１秒後のパラメータの目標値を設定し、そのパラメータの目標値に近付けるように順次パラメータを変更する、といった制御を行う。

以上のような構成を備える音波形信号処理部１１０により、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４に入力される弱音体鳴打楽器１２の音波形信号から、いずれの周波数帯域においても振幅が小さい程、残響時間が長く、かつ高域および中低域が中域よりも速く減衰する通常体鳴打楽器の発する音波形信号と類似の音波形信号が生成されることになる。

［変形例］
上述した実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形可能である。以下にそれらの変形の例を示す。

上述した実施形態において、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４（音波形信号取得部）は、ユーザによる打撃に伴い弱音体鳴打楽器１２が現在発している音を示す音波形信号を取得する構成が採用されている。これに代えて、例えば過去にサンプリングされてＲＯＭ１０２等に記憶されている体鳴打楽器の音波形信号を読み出すことにより、音波形信号取得部が音波形信号を取得する構成が採用されてもよい。その場合、音波形信号取得部が読み出す音波形信号は、例えば通常体鳴打楽器のアタック音部分の音波形信号であってもよいし、弱音体鳴打楽器の音波形信号であってもよい。

また、上述した実施形態において、音波形信号生成部１１１はフィードバック型の櫛形フィルタであるものとしたが、音波形信号生成部１１１は、フィードバックディレイを基本構成として備える音波形信号処理回路であれば、ウェーブガイドなど、他の如何なる構成が採用されてもよい。

また、上述した実施形態において、音波形信号生成部１１１はフィードバック信号の経路上にＨＳＦおよびＬＳＦを備えることにより、中低域および高域の周波数帯の振幅のゲイン制御を行うものとしたが、特定の周波数帯の振幅のゲイン制御が可能なフィルタであれば、ＨＰＦ、ＬＰＦ（Low Pass Filter）、ＢＰＦ（Band Pass Filter）、ＢＥＦ（Band Elimination Filter）などのいずれの種類のフィルタがＨＳＦおよびＬＳＦに加えて、もしくはそれらに代えて、用いられてもよい。

また、上述した実施形態において、音波形信号処理部１１０は並列接続された複数の音波形信号生成部１１１を備えるものとしたが、音波形信号処理部１１０が備える音波形信号生成部１１１の接続の形態は並列接続に限られず、直列接続や並列接続と直列接続の組み合わせなど、いずれの接続形態が採用されてもよい。

また、上述した実施形態においては、新たな打撃により現在の振動が大きくなるか小さくなるかを推定するための一方法として、振幅比較部１１３３および振幅比較部１１３８が入力信号の振幅と出力信号の振幅のうち大きい方を選択する、という構成が採用されている。新たな打撃により現在の振幅が大きくなるか小さくなるかを推定するための方法はこれに限られず、例えば入力信号および出力信号の振幅に所定のウェイトを乗じて加算したものを振幅の代表値として用いる、さらに入力信号および出力信号の変化率に応じてそのウェイトを変化させるなど、他の方法が採用されてもよい。

また、体鳴打楽器の多くは、打撃直後と安定した後とで音波形信号の特性が異なるため、減幅器１１１３のゲイン制御およびＨＳＦ１１１４やＬＳＦ１１１５のパラメータ制御のために用いる算出式等を打撃直後と安定した後とで変更する構成が採用されてもよい。例えば、フィルタ特性特定部１１４３が振幅Ｌから特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）を算出する際、打撃直後には式４に代えて、例えば下記の式５のようなより低い特定帯域比率ＬＲ（Ｌ）を算出する式を用いることにより、打撃直後においてより急速に中低域および高域の振幅が低下するような体鳴打楽器の音波形信号を生成することが可能となる。

また、上述した実施形態において、フィルタ特性特定部１１４３、ＨＳＦゲイン制御部１１４４およびＬＳＦゲイン制御部１１４５は、ＨＳＦ１１１４による中低域成分におけるゲイン制御と、ＬＳＦ１１１５による高域成分におけるゲイン制御とを同様に行う構成を備えている。従って、音波形信号処理部１１０から出力される音波形信号の中低域成分の振幅と高域成分の振幅とは常に連動して変化する。しかしながら、通常体鳴打楽器のあるものにおいては、中低域成分の振幅の変化が高域成分の振幅の変化より遅れるなど、中低域成分の振幅の変化と高域成分の振幅の変化が必ずしも一致しない。従って、ＨＳＦゲイン制御部１１４４のパラメータ変更の処理をＬＳＦゲイン制御部１１４５のパラメータ変更の処理より所定時間遅らせる等、周波数帯毎に異なる制御を行う構成が採用されてもよい。

また、上述した実施形態において、音波形信号処理部１１０は、入力信号および出力信号の高域成分の振幅に基づき、ＬＳＦ１１１５による高域成分におけるゲイン制御に加え、ＨＳＦ１１１４による中低域成分におけるゲイン制御も行う構成を備えている。これに代えて、音波形信号処理部１１０に中低域成分の振幅を監視するための構成を設け、中低域成分におけるゲイン制御は入力信号および出力信号の中低域成分の振幅に基づき行うようにしてもよい。具体的には、音波形信号処理部１１０に、音波形信号入力Ｉ／Ｆ１０４から音波形信号生成部１１１に入力される音波形信号の高域の周波数成分をカットするＬＰＦと、そのＬＰＦから出力される音波形信号のエンベロープを生成する入力信号エンベロープ生成部と、加算器１１２から放音器１４に出力される音波形信号の高域の周波数成分をカットするＬＰＦと、そのＬＰＦから出力される音波形信号のエンベロープを生成する出力信号エンベロープ生成部と、それらの入力信号エンベロープ生成部および出力信号エンベロープ生成部の各々により生成されるエンベロープの最大値（絶対値）のうち大きい方を振幅の代表値として特定する振幅比較部とを設け、その振幅比較部により選択された振幅に基づき、フィルタ特性特定部１１４３がＨＳＦゲイン制御部１１４４のパラメータ制御を行う構成が採用され得る。

また、上述した実施形態において、音波形信号処理部１１０は複数の音波形信号生成部１１１に対し１つの振幅特定部１１３およびゲイン制御部１１４を備え、複数の音波形信号生成部１１１の減幅器１１１３のゲイン制御と、ＨＳＦ１１１４およびＬＳＦ１１１５のパラメータ制御を全て同様に行う。これに代えて、音波形信号処理部１１０が複数の音波形信号生成部１１１の各々に対応する振幅特定部１１３およびゲイン制御部１１４を備え、複数の音波形信号生成部１１１の各々をそれらが個別に制御する構成が採用されてもよい。

また、上述した実施形態においては、一般的なコンピュータがアプリケーションプログラムに従った処理を行うことにより音波形信号生成装置１１が実現される構成が採用されている。これに対し、例えば図１および図５に示される構成部の各々の処理を行うハードウェアの組み合わせにより構成されたいわゆる専用機として音波形信号生成装置１１が実現されてもよい。

なお、上述した実施形態において示した数式、グラフ、特定の周波数等を示す数値などはあくまで一例であって、本発明の技術的思想の範囲内においてそれらは様々に変更可能である。

１…音波形信号生成システム、１１…音波形信号生成装置、１２…弱音体鳴打楽器、１３…ピックアップ、１４…放音器、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＲＯＭ、１０３…ＲＡＭ、１０４…音波形信号入力Ｉ／Ｆ、１０５…ＤＳＰ、１０６…音波形信号出力Ｉ／Ｆ、１１０…音波形信号処理部、１１１…音波形信号生成部、１１２…加算器、１１３…振幅特定部、１１４…ゲイン制御部、１１１１…加算器、１１１２…遅延器、１１１３…減幅器、１１１４…ＨＳＦ、１１１５…ＬＳＦ、１１３１…入力信号エンベロープ生成部、１１３２…出力信号エンベロープ生成部、１１３３…振幅比較部、１１３４…ＨＰＦ、１１３５…入力信号エンベロープ生成部、１１３６…ＨＰＦ、１１３７…出力信号エンベロープ生成部、１１３８…振幅比較部、１１４１…目標ゲイン特定部、１１４２…ゲイン増減部、１１４３…フィルタ特性特定部、１１４４…ＨＳＦゲイン制御部、１１４５…ＬＳＦゲイン制御部

Claims (5)

1. 体鳴打楽器の音波形を示す音波形信号を取得する音波形信号取得手段と、
   入力された音波形信号を所定の遅延時間だけ遅らせて出力する遅延器と、前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号と前記遅延器から出力される音波形信号を用いて生成された音波形信号とを加算して前記遅延器に出力する加算器と、前記遅延器から前記加算器に至る信号経路上に配置され当該信号経路上を通過する音波形信号を減幅する減幅器とを有する音波形信号生成手段と、
   前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号の振幅および前記音波形信号生成手段から出力される音波形信号の振幅のうちの少なくとも１の振幅を特定する振幅特定手段と
   を備え、
   前記減幅器は、前記振幅特定手段により特定された振幅に基づき特定される目標ゲインに近づくようにゲインを増減し、前記振幅特定手段により特定された振幅が小さい程、小さい減幅率で音波形信号を減幅し、ゲインを増加する場合にゲインを減少する場合よりも小さい単位時間あたりの変化率でゲインを増加する
   音波形信号生成装置。
2. 前記減幅器は、入力される音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分を各々異なる減幅率で減幅する
   請求項１に記載の音波形信号生成装置。
3. 前記振幅特定手段は、音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分の各々の振幅を特定し、
   前記減幅器は、入力される音波形信号の２以上の所定の周波数帯の成分の各々に関し、前記振幅特定手段により特定された２以上の振幅のうち当該所定の周波数帯の成分に応じた振幅が小さい程、小さい減幅率で、当該所定の周波数帯の成分を減幅する
   請求項２に記載の音波形信号生成装置。
4. 前記振幅特定手段は、前記音波形信号取得手段により取得された音波形信号の振幅を入力信号の振幅として特定し、前記音波形信号生成手段から出力される音波形信号の振幅を出力信号の振幅として特定し、
   前記減幅器は、前記振幅特定手段により特定された入力信号の振幅と出力信号の振幅のうち大きい方を選択し、当該選択した振幅が小さい程、小さい減幅率で音波形信号を減幅する
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音波形信号生成装置。
5. コンピュータを、請求項１に記載の音波形信号生成装置が備える前記音波形信号取得手段、前記音波形信号生成手段および前記振幅特定手段として機能させるプログラム。