JP6671633B2 - 電子管楽器、楽音発生方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ビギナーユーザでも簡単にサブトーンを発音可能な電子管楽器、楽音発生方法およびプログラムに関する。

一般に電子管楽器では、アコースティック管楽器と同様のキー位置に音高指定用のスイッチ（音高キー）を設けておき、そのスイッチ操作によって楽音の音高を指定すると共に、マウスピース内に吹き込む息の吹圧を検出する圧力センサを設け、この圧力センサにより検出される吹圧に応じて楽音の音量を決定するように構成されている。

この種の楽器として、例えば特許文献１には、マウスピースに接触するユーザの上唇および下唇の位置を検出し、検出した上唇位置および下唇位置に応じて生成されるパラメータに従って楽音形成することで例えばユーザの頬や咽の動きに従って発生楽音の音色を制御する技術が開示されている。

特開２０００−１２２６４１号公報

ところで、上述した特許文献１に開示の技術では、マウスピースに接触するユーザの上唇および下唇の位置を検出して得たパラメータに基づきユーザの頬や咽の動きに応じた音色制御を実現するが、とりわけジャズ演奏で多用され、息が漏れるような音を含んだ柔らかなサウンドとして知られるサブトーンをビギナーユーザが簡単に発音させることが出来ない、という問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ビギナーユーザでも簡単にサブトーンを発音させることが出来る電子管楽器、楽音発生方法およびプログラムを提供することを目的としている。

本発明の電子管楽器は、
指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させる楽器音信号発生部と、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて設定されたフィルタ特性に従ってノイズ信号をフィリタリングすることによりサブトーン信号を発生するサブトーン信号発生部と、
前記楽器音信号発生部で発生された楽器音信号と、前記サブトーン信号発生部で発生されたサブトーン信号とに基づいた楽音信号を出力する楽音信号出力部と
を具備することを特徴とする。

本発明の楽音方法は、電子管楽器に用いられる楽音発生方法であって、前記電子管楽器が、
指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生し、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高と基づいて設定されたフィルタ特性に従ってノイズ信号をフィリタリングすることによりサブトーン信号を発生し、
前記楽器音信号と、前記サブトーン信号とに基づいた楽音信号を出力する、
ことを特徴とする。

本発明のプログラムは、楽器音信号発生部、サブトーン信号発生部及び楽音信号出力部を有する電子管楽器として用いられるコンピュータに、
前記楽器音信号発生部に、指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させるステップと、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて設定されたフィルタ特性に従ってノイズ信号をフィリタリングすることによりサブトーン信号を発生させるステップと、
前記楽音信号出力部に、前記楽器音信号と前記サブトーン信号とに基づいた楽音信号を出力させるステップと、
を実行させることを特徴とする。

本発明では、ビギナーユーザでも簡単にサブトーンを発音させることが出来る。

本発明の一実施形態による電子管楽器１００の全体構造を示す外観図およびマウスピース６の構造を示す断面図である。 電子管楽器１００の電気的構成を示すブロック図である。 ＲＯＭ１１に格納される主要データの構成およびＲＯＭ１１に記憶される楽器信号用フィルタパラメータテーブルＭＦＴの構成を示す図である。 ＲＯＭ１１に記憶されるサブトーン信号用フィルタパラメータテーブルＳＦＴの構成、円筒形管体のフィルタ特性の一例および円錐管体のフィルタ特性の一例を示す図である。 ＣＰＵ１３の処理機能により形成される楽音発生部の構成を示すブロック図である。 ＣＰＵ１３が実行するメインルーチンの動作を示すフローチャートである。 ＣＰＵ１３が実行する楽器音信号発生処理およびサブトーン信号発生処理の各動作を示すフローチャートである。 非線形変換テーブルＮＬＴの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．構造
先ず図１を参照して本発明の一実施形態による電子管楽器１００の全体構造について説明する。図１（ａ）は、アコースティック管楽器の「サックス」形状を模した電子管楽器１００の全体構造を示す外観図、図１（ｂ）はマウスピース６の構造を示す断面図である。図１（ａ）において、サックス形状を為す本体１の正面には、運指操作（音高を指定する演奏操作）される音高キー２が配設される。本体１の開口端３側の内部には、楽音を放音するスピーカ４が設けられる。また、本体１の側面側には、電源をパワーオン・オフする電源スイッチの他、後述する音色選択スイッチ等の各種操作スイッチを有する操作部５が設けられる。

本体１の基端には、マウスピース６が嵌着されると共に、このマウスピース６を介して吹奏者が吹き込む息の吹圧を検出する吹圧センサ８が配設される。マウスピース６は、図１（ｂ）に図示する構造の下唇圧センサ７を備える。下唇圧センサ７は、マウスピース６を咥える吹奏者の下唇に当接して押圧されるラバー７ａと、当該ラバー７ａに加わる押圧を検出する圧力センサ７ｂとから構成され、マウスピース６に接触する吹奏者の下唇圧を検出する。

Ｂ．構成
次に、図２を参照して電子管楽器１００の電気的構成について説明する。図２は、電子管楽器１００の電気的構成を示すブロック図である。図２において、下唇圧センサ７は、マウスピース６に接触する吹奏者の下唇圧を検出して下唇圧信号を出力する。吹圧センサ８は、マウスピース６から吹き込まれる息の吹圧を検出して吹圧信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換部１０は、下唇圧センサ７から出力される下唇圧信号および吹圧センサ８から出力される吹圧信号を、それぞれレベル増幅した後、ＣＰＵ１３の制御の下に、時分割にＡ／Ｄ変換して下唇圧データＤｒおよび吹圧データＤｐを発生する。このＡ／Ｄ変換部１０が出力する下唇圧データＤｒおよび吹圧データＤｐは、ＣＰＵ１３の制御の下に、後述するＲＡＭ１２のバッファエリアに一時記憶される。

本体１の正面に配列される音高キー２（図１（ａ）参照）は、吹奏者の運指操作（音高を指定する演奏操作）に応じた音高データＰを発生する。発音音高を表す音高データＰは、ＣＰＵ１３に取り込まれる。操作部５は、電源をパワーオン・オフする電源スイッチの他、後述する音色選択スイッチ等の各種操作スイッチを有し、操作されるスイッチ種に応じたスイッチイベントを発生する。操作部５が発生するスイッチイベントは、ＣＰＵ１３に取り込まれる。

ＲＯＭ１１は、図３（ａ）に図示するように、プログラムデータエリアＰＤＡ、波形データエリアＷＤＡおよびフィルタパラメータエリアＦＰＡを備える。ＲＯＭ１１のプログラムデータエリアＰＤＡには、ＣＰＵ１３において実行される各種プログラムのデータが格納される。各種プログラムとは、後述するメインルーチン、楽器音信号発生処理およびサブトーン信号発生処理を実行するプログラムを含む。

ＲＯＭ１１の波形データエリアＷＤＡには、例えばフルート、トランペット、サックス等の各種アコースティック管楽器の楽器音をサンプリングして得た音色（楽器種）毎の波形データ（ＰＣＭデータ）が格納される。各種音色（楽器種）毎の波形データは、音色番号に対応付けて音色ＴＣ（１）〜ＴＣ（ｎ）に格納される。ＲＯＭ１１のフィルタパラメータエリアＦＰＡには、楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴおよびサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴが格納される。

図３（ｂ）を参照して楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴの構成について説明する。楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴは、発生する楽器音の音色（楽器種）と、前述した下唇圧データＤｒとに対応したフィルタパラメータを読み出す２次元データテーブルである。この楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴから読み出されるフィルタパラメータは、デジタル制御フィルタＤＣＦから構成されるフィルタ部１４２（後述する）にセットされるフィルタ係数であり、具体的にはローパス特性を設定する。

すなわち、図３（ｂ）を参照して説明すると、例えば発生する楽器音の音色として「フルート」が選択された状態で、下唇圧データＤｒが０≦Ｄｒ＜閾値ＴＨ１の範囲にあると、高域カットオフ周波数ｆｃ１のローパス特性を設定するフィルタ係数が楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴから読み出される。同様に、下唇圧データＤｒが閾値ＴＨ１≦Ｄｒ＜閾値ＴＨ２の範囲ならば、高域カットオフ周波数ｆｃ２のローパス特性を、閾値ＴＨ２≦Ｄｒ＜最大値ＭＡＸの範囲ならば、高域カットオフ周波数ｆｃ３のローパス特性をそれぞれ設定するフィルタ係数が読み出される。

このように、２次元データテーブルを構成する楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴは、発生する楽器音の音色（楽器種）と下唇圧データＤｒとに応じて変化するローパス特性を設定するフィルタ係数を発生する。具体的には、音色（楽器種）の音域が高いほど又は下唇圧データＤｒが大きいほど高域カットオフ周波数を上げるフィルタ係数を発生し、これにより後述のフィルタ部１４２において楽器音の高音域を抑制する。こうして楽器音の高音域を抑制する理由は、後述するサブトーン信号（ホワイトノイズ）を聴覚的に強調する為である。

次に、図４（ａ）を参照してＲＯＭ１１のサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴの構成について説明する。サブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴは、発生する楽器音の音色（楽器種）と、音高キー２の運指操作で指定される音高データＰ（発音音高）とに対応したフィルタパラメータを読み出す２次元データテーブルである。このサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴから読み出されるフィルタパラメータは、デジタル制御フィルタＤＣＦから構成されるフィルタ部１５２（後述する）に供給されるフィルタ係数であり、具体的には発生する楽器音の音色（楽器種）が円筒形管体に属する場合にハイパス特性を設定し、円錐形管体に属する場合にバンドパス特性を設定する。

ここで、楽器音の音色（楽器種）が円筒形管体に属する場合にハイパス特性を設定し、円錐形管体に属する場合にバンドパス特性を設定する理論的背景について概説する。実際のアコースティック管楽器における共鳴気柱の音響学的性質は、リード側からみたときの音響インピーダンスで表現できることが知られている。そして、音孔を持つ円筒形管体では、円柱気柱の音響インピーダンスと、音孔位置に対応した負荷に相当する放射インピーダンスとの合成インピーダンスが音響特性に相当する。

こうした理論的背景を電気回路のアナロジーとして捉え、音孔を持つ円筒形管体の管楽器であるフルートについて実際に周波数特性を計測してみると、図４（ｂ）に図示するハイパスフィルタＨＰＦの特性を知見として取得した。このフィルタ特性は、音孔の開閉で発音音高をそれぞれ「Ａ３音」、「Ｃ４音」、「Ｅ４音」、「Ａ４音」および「Ａ５音」とした場合における合成インピーダンスに基づく周波数特性であり、発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するＨＰＦとなる。

一方、円錐形管体の場合は、径の異なる短い円筒気柱を次々に接続したものとして近似する。そして、音孔を持つ円錐形管体の管楽器であるトランペットについて実際に周波数特性を計測してみると、図４（ｃ）に図示するバンドパスフィルタＢＰＦとして取得した。このフィルタ特性は、円筒形管体と同様、音孔の開閉で発音音高をそれぞれ「Ａ３音」、「Ｃ４音」、「Ｅ４音」、「Ａ４音」および「Ａ５音」とした場合における合成インピーダンスに基づく周波数特性であり、発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するＢＰＦとなる。

上述した理論的背景に基づき再び図４（ａ）を参照してサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴについて具体的に説明する。例えば発生する楽器音が円筒形管体に属する音色として「フルート」が選択された状態で、音高データＰがＡ３音未満であると、ＨＰＦ１の特性を設定するフィルタ係数がサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴから読み出される。同様に、音高データＰがＡ３音以上Ｃ４音未満ならばＨＰＦ２の特性を、音高データＰがＣ４音以上Ａ４音未満ならばＨＰＦ３の特性を、音高データＰがＡ４音以上Ａ５音未満ならばＨＰＦ４の特性、すなわち発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するハイパス特性をそれぞれ設定するフィルタ係数が読み出される。

さらに、例えば発生する楽器音が円錐形管体に属する音色として「トランペット」が選択された状態で、音高データＰがＡ３音未満であると、ＢＰＦ１の特性を設定するフィルタ係数がサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴから読み出される。同様に、音高データＰがＡ３音以上Ｃ４音未満ならばＢＰＦ２の特性を、音高データＰがＣ４音以上Ａ４音未満ならばＢＰＦ３の特性を、音高データＰがＡ４音以上Ａ５音未満ならばＢＰＦ４の特性、すなわち発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するバンドパス特性をそれぞれ設定するフィルタ係数が読み出される。

このように、２次元データテーブルを構成するサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴは、円筒形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するＨＰＦのフィルタ係数を発生し、一方、円錐形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するＢＰＦのフィルタ係数を発生する。

次に、再び図１を参照して実施形態の構成について説明を進める。図１において、ＲＡＭ１２は、ワークエリアおよびバッファエリアを備える。ＲＡＭ１２のワークエリアは、ＣＰＵ１３の作業領域として用いられ、各種レジスタ・フラグが一時記憶される。ＲＡＭ１２のバッファエリアは、ＣＰＵ１３が指示する循環アドレスに従ってリングバッファとして用いられ、前述したＡ／Ｄ変換部１０から出力される下唇圧データＤｒおよび吹圧データＤｐを順次取り込む。

ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１１のプログラムデータエリアＰＤＡに格納されるメインルーチン、楽器音信号発生処理およびサブトーン信号発生処理の各プログラムの機能に基づき楽音発生部を構成する。楽音発生部は、楽器音信号を発生する楽器音信号発生部１４、サブトーン信号を発生するサブトーン信号発生部１５、楽器音信号とサブトーン信号とを加算して楽音データＷを出力する加算部１６を備える。これら機能的構成要素１４〜１６からなる楽音発生部の構成については追って詳述する。

Ｄ／Ａ変換部１７は、上記加算部１６から出力される楽音データＷをアナログ形式の楽音信号に変換して出力する。アンプ１８は、Ｄ／Ａ変換部１７から出力される楽音信号から不要ノイズを除去する等のフィルタリングを施した後、これを増幅してスピーカ４から放音させる。

Ｃ．楽音発生部の構成
次に、図５を参照してＣＰＵ１３の処理機能で形成される楽音発生部の構成について説明する。図５は、ＣＰＵ１３の処理機能で形成される楽音発生部の構成を示すブロック図である。楽器音信号発生部１４は、波形発生部１４１、フィルタ部１４２および増幅器１４３を備える。波形発生部１４１は、公知の波形データ読み出し方式で構成される。すなわち、波形発生部１４１は、ＲＯＭ１１の波形データエリアＷＤＡに格納される各種音色の波形データの内、音色選択スイッチ操作で選択された音色ＴＣの波形データを、音高データＰに対応した読み出し速度で読み出して出力する。

フィルタ部１４２は、デジタル制御フィルタＤＣＦから構成され、前述した楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴ（図３（ｂ）参照）から出力されるフィルタ係数に従ったローパス特性に基づいて前段の波形発生部１４１から出力される楽器音（波形データ）をフィルタリングして出力する。

フィルタ部１４２では、前述したように、音色（楽器種）の音域が高いほど又は下唇圧データＤｒが大きいほど高域カットオフ周波数を上げるフィルタ係数が楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴから供給される。すなわち、フィルタ部１４２では、楽器音信号に加算されるサブトーン信号（ホワイトノイズ）を聴覚的に強調するために楽器音の高音域を抑制する。増幅器１４３は、吹圧データＤｐに応じて、フィルタ部１４２から出力される楽器音（波形データ）をレベル増幅して音量制御された楽器音信号を発生する。

サブトーン信号発生部１５は、ホワイトノイズ発生部１５１、フィルタ部１５２、吹圧検知部１５３および増幅器１５４を備える。ホワイトノイズ発生部１５１は、例えば線形合同法などを用いてホワイトノイズ信号を発生する。フィルタ部１５２は、デジタル制御フィルタＤＣＦから構成され、前述したサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴ（図４（ａ）参照）から出力されるフィルタ係数に従った特性に基づいて前段のホワイトノイズ発生部１５１から出力されるホワイトノイズ信号をフィルタリングする。

すなわち、フィルタ部１５２では、楽器音信号発生部１４側で発生する楽器音が円筒形管体に属する音色であると、発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するハイパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングし、一方、楽器音信号発生部１４側で発生する楽器音が円錐形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するバンドパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングする。これにより、実際のアコースティック管楽器のサブトーンの発生メカニズムをシミュレートする。

吹圧検知部１５３は、前述した吹圧データＤｐに応じて増幅器１５４の動作をオンオフ制御する。具体的には、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを超えると、増幅器１５４をオン状態（動作状態）に設定し、一方、所定の閾値ＴＨを超えなければ、増幅器１５４をオフ状態（非動作状態）に設定する。増幅器１５４は、下唇圧データＤｒに応じて、フィルタ部１５２から出力されたホワイトノイズ信号をレベル増幅してサブトーン信号を発生する。加算部１６は、楽器音信号発生部１４から出力される楽器音信号に、サブトーン信号発生部１５から出力されるサブトーン信号を加算合成して楽音データＷを発生する。

Ｃ．動作
次に、図６〜図７を参照して上記構成による電子管楽器１００のＣＰＵ１３が実行するメインルーチン、楽器音信号発生処理およびサブトーン信号発生処理の各動作について説明する。なお、以下の動作説明では、ことわりが無い限り動作の主体はＣＰＵ１３である。

（１）メインルーチンの動作
図６は、ＣＰＵ１３が実行するメインルーチンの動作を示すフローチャートである。電源スイッチ操作により電子管楽器１００がパワーオンすると、ＣＰＵ１３は図６に図示するステップＳＡ１に処理を進め、電子管楽器１００の各部を初期化するイニシャライズを行う。イニシャライズが完了すると、ステップＳＡ２に進み、音色スイッチ処理を実行する。この音色スイッチ処理では、発生する楽器音の音色（楽器種）の音色番号をユーザの音色選択スイッチ操作により選択すると、選択された音色番号ｎに対応付けられた音色ＴＣ（ｎ）の波形データを指定する。

次に、ステップＳＡ３では、マウスピース６に吹き込むユーザ（吹奏者）の息に応じて吹圧センサ８により検出された吹圧信号をＡ／Ｄ変換し、これにより得られる吹圧データＤｐをＲＡＭ１２のバッファエリアに一時記憶する吹圧検出処理を実行する。続いて、ステップＳＡ４では、マウスピース６に接触するユーザ（吹奏者）の下唇で押圧される下唇圧センサ７により検出された下唇圧信号をＡ／Ｄ変換し、これにより得られる下唇圧データＤｒをＲＡＭ１２のバッファエリアに一時記憶する吹圧検出処理を実行する。

次いで、ステップＳＡ５では、音高キー２の運指操作（音高を指定する演奏操作）に応じた音高データＰを発生する音高キースイッチ処理を実行する。そして、ステップＳＡ６を介して楽器音信号発生処理を実行する。楽器音信号発生処理では、後述するように、ユーザ操作で選択された音色番号ｎの音色ＴＣ（ｎ）の楽器音（波形データ）を、音高データＰに対応した読み出し速度でＲＯＭ１１から読み出し、読み出した楽器音（波形データ）を、音色ＴＣ（ｎ）と下唇圧データＤｒとに応じて設定されるローパス特性に従ってフィルタリングした後、吹圧データＤｐに応じてレベル増幅して音量制御した楽器音信号を形成する。

続いて、ステップＳＡ７を介してサブトーン信号発生処理を実行する。サブトーン信号発生処理では、後述するように、マウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれ、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを超えると、実際のアコースティック管楽器のサブトーンの発生メカニズムをシミュレートする為に、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号が円筒形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するハイパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングし、一方、楽器音信号が円錐形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するバンドパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングする。こうしてフィルタリングされたホワイトノイズ信号を下唇圧データＤｒに応じてレベル増幅したサブトーン信号を形成し、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号に加算合成して楽音データＷを発生する。

次に、ステップＳＡ８では、例えば操作部５にオクターブキーが配設されている場合には、当該オクターブキーの操作に応じて発音音高をオクターブシフトさせる等の、その他の処理を実行する。そして、以後は電源スイッチ操作でパワーオフされるまで上述のステップＳＡ２〜ＳＡ８を繰り返し実行する。

（２）楽器音信号発生処理の動作
図７（ａ）は、ＣＰＵ１３が実行する楽器音信号発生処理の動作を示すフローチャートであり、前述したＣＰＵ１３の機能的構成における楽器音信号発生部１４（図５参照）の動作に相当する。上述のステップＳＡ６を介して本処理が実行されると、ＣＰＵ１３は図７（ａ）に図示するステップＳＢ１に処理を進め、ＲＯＭ１１の波形データエリアＷＤＡに格納される各種音色の波形データの内、音色選択スイッチ操作で選択された音色番号ｎの音色ＴＣ（ｎ）の楽器音（波形データ）を、音高データＰに対応した読み出し速度で読み出す波形発生処理を実行する。

次に、ステップＳＢ２に進み、フィルタ処理を実行する。フィルタ処理では、選択された音色番号ｎの音色ＴＣ（ｎ）と下唇圧データＤｒとに応じて楽器音用フィルタパラメータテーブルＭＦＴ（図３（ｂ）参照）から取得したフィルタ係数で設定されるローパス特性に従い、上記ステップＳＢ１で発生させた楽器音（波形データ）をフィルタリングして出力する。前述したように、ここでは音色ＴＣに対応した楽器種の音域が高いほど又は下唇圧データＤｒが大きいほど高域カットオフ周波数を上げるフィルタ係数を発生して楽器音（波形データ）の高音域を抑制する。この結果、サブトーン信号（ホワイトノイズ）を聴覚的に強調することが可能になる。

そして、ステップＳＢ３では、上記ステップＳＢ２においてフィルタリングされた楽器音（波形データ）を、前述したステップＳＡ３で取得した吹圧データＤｐに応じてレベル増幅して音量制御した楽器音信号を形成して本処理を終える。

このように、楽器音信号発生処理では、ユーザの音色選択スイッチ操作により選択された音色番号ｎの音色ＴＣ（ｎ）の楽器音（波形データ）を、音高データＰに対応した読み出し速度でＲＯＭ１１から読み出し、読み出した楽器音（波形データ）を音色ＴＣ（ｎ）と下唇圧データＤｒとに応じて設定されるローパス特性に従ってフィルタリングした後、吹圧データＤｐに応じてレベル増幅して音量制御した楽器音信号を形成する。

（３）サブトーン信号発生処理の動作
図７（ｂ）は、ＣＰＵ１３が実行するサブトーン信号発生処理の動作を示すフローチャートであり、前述したＣＰＵ１３の機能的構成におけるサブトーン信号発生部１５、加算部１６（図５参照）の動作に相当する。前述したステップＳＡ７を介して本処理が実行されると、ＣＰＵ１３は図７（ｂ）に図示するステップＳＣ１に処理を進め、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨより大きいか、つまりマウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれているか否かを判断する。所定以上の流速で息が吹き込まれていなければ、判断結果は「ＮＯ」になり、後述のステップＳＣ５に進む。

一方、マウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれ、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを越えると、上記ステップＳＣ１の判断結果は「ＹＥＳ」になり、ステップＳＣ２に進む。ステップＳＣ２では、例えば線形合同法などを用いてホワイトノイズ信号を発生する。続いて、ステップＳＣ３では、ホワイトノイズフィルタ処理を実行する。ホワイトノイズフィルタ処理では、選択された音色ＴＣ（ｎ）と音高データＰとに応じてサブトーン用フィルタパラメータテーブルＳＦＴ（図４（ａ）参照）から取得したフィルタ係数で設定されるハイパス特性又はバンドパス特性に従い、上記ステップＳＣ１で発生させたホワイトノイズをフィルタリングして出力する。

このステップＳＣ３では、前述したように、実際のアコースティック管楽器のサブトーンの発生メカニズムをシミュレートする為に、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号が円筒形管体に属する音色である場合には、音高データＰで表される発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するハイパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングし、一方、楽器音信号が円錐形管体に属する音色である場合には、音高データＰで表される発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するバンドパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングする。

次に、ステップＳＣ４では、上記ステップＳＣ３においてフィルタリングされたホワイトノイズ信号を、前述したステップＳＡ４で取得した下唇圧データＤｒに応じてレベル増幅してサブトーン信号を形成する。そして、ステップＳＣ５では、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号に、上記ステップＳＣ４で形成したサブトーン信号を加算合成して楽音データＷを発生して本処理を終える。なお、マウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれず、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを超えない場合、つまり上述のステップＳＣ１の判断結果が「ＮＯ」の場合には、サブトーン信号が形成されず、楽器音信号だけを含む楽音データＷを発生して本処理を終える。

このように、サブトーン信号発生処理では、マウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれ、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを超えると、実際のアコースティック管楽器のサブトーンの発生メカニズムをシミュレートする為に、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号が円筒形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて低域カットオフ周波数も上昇変化するハイパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングし、一方、楽器音信号が円錐形管体に属する音色ならば、発音音高が上がるに連れて共振周波数（帯域中心周波数）およびＱ値（選択度）も上昇変化するバンドパス特性でホワイトノイズ信号をフィルタリングする。こうしてフィルタリングされたホワイトノイズ信号を下唇圧データＤｒに応じてレベル増幅したサブトーン信号を形成し、前述の楽器音信号発生処理で発生させた楽器音信号に加算合成して楽音データＷを発生する。

以上説明したように、本実施形態では、指定音色の楽器音を指定音高で発生させた楽器音信号をマウスピース６の吹圧に応じて音量制御する一方、この楽器音信号の音色および音高に応じて、管楽器のサブトーン発生メカニズムをシミュレートするフィルタ特性を設定し、設定されたフィルタ特性でホワイトノイズをフィリタリングして得たサブトーン信号を楽器音信号に加算合成して楽音形成するので、ビギナーユーザでも簡単にサブトーンを発音させることが出来る。

なお、上述した実施形態では、マウスピース６に接触する吹奏者の下唇圧を検出した下唇圧データＤｒに応じてサブトーン信号をレベル増幅するようにした。つまり、ビギナーユーザでも出来るだけ簡単にサブトーンを発音可能にする為、マウスピース６に接触する下唇圧が強いほど楽器音信号に加算合成するサブトーン信号のレベルを上げる仕様となっている。

これに替えて、管楽器の吹奏の仕方にある程度慣れたユーザを対象とする場合には、実際のサブトーン奏法と同じように、マウスピース６に接触する下唇圧を弱めにした状態のときに大きいサブトーンが発生する仕様にすることも可能である。こうした仕様にするには、例えば図８に図示する非線形変換テーブルＮＬＴを設け、この非線形変換テーブルＮＬＴで下唇圧データＤｒを変換した値を前述の増幅器１５４（図５参照）に入力する構成とすればよい。このような構成によれば、管楽器の吹奏の仕方にある程度慣れたユーザがサブトーン奏法を練習することが可能になる。

また、上述した実施形態では、マウスピース６から所定以上の流速で息が吹き込まれ、吹圧データＤｐが所定の閾値ＴＨを超えると、実際のアコースティック管楽器のサブトーンの発生メカニズムをシミュレートするようにしたが、さらに発生させたサブトーンに対し、所定の閾値ＴＨを超えた吹圧データＤｐに応じてビブラート等の効果を付与してサブトーンを修飾することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本願出願の特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下では、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された各発明について付記する。
（付記）
［請求項１］
指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させる楽器音信号発生部と、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタにより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生するサブトーン信号発生部と、
前記楽器音信号発生部で発生された楽器音信号と、前記サブトーン信号発生部で発生されたサブトーン信号とを出力する出力部と
を具備する電子管楽器。

［請求項２］
前記サブトーン信号発生部は、前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて、前記フィルタの特性を決定するためのフィルタ係数を出力するフィルタ係数出力部をさらに有し、
前記フィルタは、前記フィルタ係数出力部により出力されたフィルタ係数により決定された特性に従って前記ノイズ信号をフィリタリングすることによりサブトーン信号を発生する、請求項１に記載の電子管楽器。

［請求項３］
前記フィルタ係数出力部は、前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいたフィルタ係数を出力するフィルタパラメータテーブルである、請求項２に記載の電子管楽器。

［請求項４］
前記フィルタは、前記指定された楽器種類が円筒形管体に属する楽器である場合に、前記指定された音高に基づいてカットオフ周波数が決定されるハイパスフィルタの特性を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子管楽器。

［請求項５］
前記フィルタは、前記指定された音高が高くなるに従って、前記カットオフ周波数を上昇させるハイパスフィルタ特性を有する、請求項４に記載の電子管楽器。

［請求項６］
前記フィルタは、前記指定された楽器種類が円錐形管体に属する楽器である場合に、前記指定された音高に基づいて共振周波数及び選択度が決定されるバンドパスフィルタの特性を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子管楽器。

［請求項７］
前記フィルタは、前記指定された音高が高くなるに従って、前記共振周波数及び選択度を大きくするバンドパスフィルタの特性を有する、請求項６に記載の電子管楽器。

［請求項８］
前記電子管楽器はさらに、前記マウスピースに接触する吹奏者の下唇圧を検出する下唇圧センサと、前記フィルタから出力される前記サブトーン信号のレベルを、前記下唇圧センサにて検出された下唇圧に応じて制御する増幅部と、を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載の電子管楽器。

［請求項９］
前記サブトーン信号発生部は、前記息のレベルが予め定められた閾値を超えると前記増幅部を動作状態とし、前記息のレベルが予め定められた閾値以下の場合は前記増幅部を非動作状態とする吹圧検知部をさらに有する請求項８に記載の電子管楽器。

［請求項１０］
前記出力部は、前記楽器音信号発生部で発生された楽器音信号と、前記サブトーン信号発生部で発生されたサブトーン信号とを加算して出力する、請求項１乃至９のいずれかに記載の電子管楽器。

［請求項１１］
電子管楽器に用いられる楽音発生方法であって、前記電子管楽器が、
指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生し、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタににより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生し、
前記楽器音信号と、前記サブトーン信号とを出力する、楽音信号発生方法。

［請求項１２］
楽器音信号発生部、サブトーン信号発生部及び楽音信号出力部を有する電子管楽器として用いられるコンピュータに、
前記楽器音信号発生部に、指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させるステップと、
前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタにより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生させるステップと、
前記楽音信号出力部に、前記楽器音信号と前記サブトーン信号と出力させるステップと、
を実行させるプログラム。

１ 本体
２ 音高キー
３ 開口端
４ スピーカ
５ 操作部
６ マウスピース
７ 下唇圧センサ
８ 吹圧センサ
１０ Ａ／Ｄ変換部
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１３ ＣＰＵ
１４ 楽器音信号発生部
１４１ 波形発生部
１４２ フィルタ部
１４３ 増幅器
１５ サブトーン信号発生部
１５１ ホワイトノイズ発生部
１５２ フィルタ部
１５３ 吹圧検知部
１５４ 増幅器
１６ 加算部
１７ Ｄ／Ａ変換部
１８ アンプ
１００ 電子管楽器

Claims (12)

1. 指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させる楽器音信号発生部と、
   前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタにより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生するサブトーン信号発生部と、
   前記楽器音信号発生部で発生された楽器音信号と、前記サブトーン信号発生部で発生されたサブトーン信号とを出力する出力部と
   を具備する電子管楽器。
2. 前記サブトーン信号発生部は、前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて、前記フィルタの特性を決定するためのフィルタ係数を出力するフィルタ係数出力部をさらに有し、
   前記フィルタは、前記フィルタ係数出力部により出力されたフィルタ係数により決定された特性に従って前記ノイズ信号をフィリタリングすることによりサブトーン信号を発生する、請求項１に記載の電子管楽器。
3. 前記フィルタ係数出力部は、前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいたフィルタ係数を出力するフィルタパラメータテーブルである、請求項２に記載の電子管楽器。
4. 前記フィルタは、前記指定された楽器種類が円筒形管体に属する楽器である場合に、前記指定された音高に基づいてカットオフ周波数が決定されるハイパスフィルタの特性を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子管楽器。
5. 前記フィルタは、前記指定された音高が高くなるに従って、前記カットオフ周波数を上昇させるハイパスフィルタ特性を有する、請求項４に記載の電子管楽器。
6. 前記フィルタは、前記指定された楽器種類が円錐形管体に属する楽器である場合に、前記指定された音高に基づいて共振周波数及び選択度が決定されるバンドパスフィルタの特性を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子管楽器。
7. 前記フィルタは、前記指定された音高が高くなるに従って、前記共振周波数及び選択度を大きくするバンドパスフィルタの特性を有する、請求項６に記載の電子管楽器。
8. 前記電子管楽器はさらに、前記マウスピースに接触する吹奏者の下唇圧を検出する下唇圧センサと、前記フィルタから出力される前記サブトーン信号のレベルを、前記下唇圧センサにて検出された下唇圧に応じて制御する増幅部と、を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載の電子管楽器。
9. 前記サブトーン信号発生部は、前記息のレベルが予め定められた閾値を超えると前記増幅部を動作状態とし、前記息のレベルが予め定められた閾値以下の場合は前記増幅部を非動作状態とする吹圧検知部をさらに有する請求項８に記載の電子管楽器。
10. 前記出力部は、前記楽器音信号発生部で発生された楽器音信号と、前記サブトーン信号発生部で発生されたサブトーン信号とを加算して出力する、請求項１乃至９のいずれかに記載の電子管楽器。
11. 電子管楽器に用いられる楽音発生方法であって、前記電子管楽器が、
    指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生し、
    前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタににより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生し、
    前記楽器音信号と、前記サブトーン信号とを出力する、楽音信号発生方法。
12. 楽器音信号発生部、サブトーン信号発生部及び楽音信号出力部を有する電子管楽器として用いられるコンピュータに、
    前記楽器音信号発生部に、指定された楽器種類と指定された音高とに基づいた楽器音信号を、マウスピースに吹き込まれる息に応じたレベルで発生させるステップと、
    前記指定された楽器種類と前記指定された音高とに基づいて決定された特性を有するフィルタにより、ノイズ信号をフィリタリングしてサブトーン信号を発生させるステップと、
    前記楽音信号出力部に、前記楽器音信号と前記サブトーン信号と出力させるステップと、
    を実行させるプログラム。

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