JP6717017B2 - 電子楽器、音信号生成方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子楽器における発音技術に関する。

電子ピアノなどの電子鍵盤楽器は、アコースティックピアノにできるだけ近づけるように、様々な工夫がなされている。特に、鍵のタッチ感の再現およびピアノ音の再現については、重要視されている。ピアノ音の再現については、ピアノの音をサンプリングして得られた波形を用いて音信号を生成する技術の他にも、特許文献１に例示される物理モデルを用いた演算処理によって音信号を生成する技術も開発されている。特許文献１に開示される技術によれば、鍵と棚板との衝突による衝突音（棚板音）までも再現することにより、さらにアコースティックピアノに近づけた音信号を生成することができる。

特許５６６４１８５号公報

ところで、アコースティックピアノにおける発音のエネルギは、様々な理由により減衰していく。その理由によって減衰の影響の大きさは様々である。例えば、演奏者の指が鍵に接触すると、この指を介して演奏者側にエネルギが伝達され、結果としてエネルギが減衰することも考えられる。また、押鍵によってピアノ本体を押さえつけることによる制振作用も考えられる。しかしながら、このような状況まで再現した電子ピアノは存在していない。

本発明の目的の一つは、アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音を再現することにある。

本発明の一実施形態によると、複数の演奏操作子と、前記演奏操作子への操作による当該演奏操作子の挙動を測定し、当該挙動に対応した第１測定データを出力する第１測定部と、前記第１測定データに基づいて前記操作に対応した音信号を生成し、当該操作以降における前記演奏操作子のいずれかへの操作に応じて当該音信号の減衰率を調整する音源部と、を備えることを特徴とする電子楽器が提供される。

前記音源部による前記減衰率は、第１の演奏操作子への操作に応じて生成された音信号に対する減衰率よりも、当該第１の演奏操作子よりも低い音高の第２の演奏操作子への操作に応じて生成された音信号の減衰率が大きくなる調整を含んでもよい。

前記音源部による前記減衰率の調整は、所定の音高よりも低い音高の演奏操作子への操作に応じて生成された音信号に対して行われてもよい。

前記音源部は、前記第１測定データに基づいて前記減衰率を調整してもよい。

前記演奏操作子への操作による当該演奏操作子への圧力を測定し、当該圧力に対応した第２測定データを出力する第２測定部をさらに備え、前記音源部は、前記第２測定データに基づいて前記減衰率を調整してもよい。

前記音源部は、前記第１測定データに基づいて選択される波形データを読み出して前記音信号を生成してもよい。

前記演奏操作子は鍵であり、前記音源部は、前記第１測定データに基づいて、アコースティックピアノの少なくとも弦の振動および当該弦と接続される本体部の振動を、物理モデルを用いて演算し、演算結果に基づいて前記減衰率が調整された音信号を生成し、前記物理モデルの演算には、前記本体部の振動を利用して前記減衰率を調整する演算を含んでもよい。

前記演奏操作子への操作による当該演奏操作子への圧力を測定し、当該圧力に対応した第２測定データを出力する第２測定部をさらに備え、前記物理モデルの演算には、前記第２測定データに基づいて前記減衰率を調整する演算を含んでもよい。

本発明によればアコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音を再現することができる。

本発明の第１実施形態における電子鍵盤楽器の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態における音源部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における音信号生成部の機能構成を示すブロック図である。 一般的なエンベロープ波形の定義およびピアノの音のエンベロープ波形の例を説明する図である。 本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整例を説明する図である。 本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整係数の音高依存性を説明する図である。 本発明の第２実施形態における音源部の機能構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における変換部の処理例を示す図である。 本発明の第２実施形態における物理モデル演算部の機能構成を示す図である。 本発明の第３実施形態における化粧音生成部の機能構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態における電子鍵盤楽器について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂ等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率（各構成間の比率、縦横高さ方向の比率等）は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

＜第１実施形態＞
［電子鍵盤楽器の構成］
図１は、本発明の第１実施形態における電子鍵盤楽器の構成を示す図である。電子鍵盤楽器１は、演奏操作子として複数の鍵７０を有する電子楽器の一例である。ユーザが鍵７０を操作すると、スピーカ６０Ｌ、６０Ｒ（以下、単にスピーカ６０という場合がある）から音が発生する。発生する音の種類（音色）は、操作部２１を用いて変更される。電子鍵盤楽器１は、ユーザによる鍵７０への操作による音の減衰の影響を含んだ発音が可能になっている。続いて、電子鍵盤楽器１の各構成について、詳述する。

電子鍵盤楽器１は、複数の鍵７０、筐体５０およびペダル装置９０を備える。複数の鍵７０は、筐体５０に回動可能に支持されている。筐体５０には、操作部２１、表示部２３、スピーカ６０が配置されている。筐体５０の内部には、制御部１０、記憶部３０、鍵挙動測定部７５および音源部８０が配置されている。また、鍵７０の表面には、圧力測定部７３が配置されている。ペダル装置９０は、ダンパペダル９１、シフトペダル９３およびペダル挙動測定部９５を備える。筐体５０内部に配置された各構成は、バスを介して接続されている。このバスには、ペダル挙動測定部９５も接続される。なお、電子鍵盤楽器１は、外部装置と信号の入出力をするためのインターフェイスを含んでいてもよい。インターフェイスとしては、例えば、音信号を出力する端子、ＭＩＤＩデータの送受信をするためのケーブル接続端子などである。

制御部１０は、ＣＰＵなどの演算処理回路、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置を含む。制御部１０は、記憶部３０に記憶された制御プログラムをＣＰＵにより実行して、各種機能を電子鍵盤楽器１において実現させる。操作部２１は、操作ボタン、タッチセンサおよびスライダなどの装置であり、入力された操作に応じた信号を制御部１０に出力する。表示部２３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置であり、制御部１０による制御に基づいた画面が表示される。

記憶部３０は、不揮発性メモリ等の記憶装置である。記憶部３０は、制御部１０によって実行される制御プログラムを記憶する。また、記憶部３０は、音源部８０において用いられるパラメータ、波形データ等を記憶してもよい。

スピーカ６０（６０Ｌ、６０Ｒ）は、制御部１０または音源部８０から出力される音信号を増幅して出力することによって、音信号に応じた音を発生する。この例では、スピーカ６０Ｌは、ユーザ側から見た場合における筐体５０の左側（鍵７０の低音側）に配置されている。スピーカ６０Ｒは、ユーザ側から見た場合における筐体５０の右側（鍵７０の高音側）に配置されている。

鍵挙動測定部７５は、複数の鍵７０のそれぞれの挙動を測定し、測定結果を示す測定データを出力する。この測定データは、情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ）を含む。すなわち、複数の鍵７０のそれぞれに対する押込操作に応じて、情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ）が出力される。情報ＫＣは操作された鍵７０を示す情報（例えば鍵番号）である。情報ＫＳは鍵７０の押込量を示す情報である。情報ＫＶは鍵７０の押込速度を示す情報である。情報ＫＣ、ＫＳ、ＫＶが関連付けられて出力されることにより、操作された鍵７０とその鍵７０に対する操作内容とが特定される。

圧力測定部７３は、複数の鍵７０の表面に印加される圧力を測定し、測定結果を示す測定データを出力する。この測定データは、情報（ＫＣ、ＫＰ）を含む。すなわち、複数の鍵７０のそれぞれに対する押込操作に応じて、情報（ＫＣ、ＫＰ）が出力される。情報ＫＣは、上述したものと同様に、操作された鍵７０を示す情報（例えば鍵番号）である。情報ＫＰは鍵７０の表面に印加された圧力を示す情報である。情報ＫＣ、ＫＰが関連付けられて出力されることにより、操作された鍵７０とその鍵７０の表面に対する圧力とが特定される。なお、圧力センサは、鍵７０の表面に貼りつけられる方法で配置されてもよいし、鍵７０が完全に押下された状態で、鍵７０の押下時の下限位置を規定する構成（ストッパ等）と鍵７０との間に挟まれる位置に配置されてもよい。後者の場合には、鍵７０を押下している途中段階では圧力は測定されない。

ペダル挙動測定部９５は、ダンパペダル９１およびシフトペダル９３のそれぞれの挙動を測定し、測定結果を示す測定データを出力する。この測定データは、情報（ＰＣ、ＰＳ）を含む。情報ＰＣは操作されたペダルがダンパペダル９１であるかシフトペダル９３であるかを示す情報である。情報ＰＳはペダルの押込量を示す情報である。情報ＰＣ、ＰＳが関連付けられて出力されることにより、操作されたペダル（ダンパペダル９１またはシフトペダル９３）とそのペダルに対する操作内容（押込量）が特定される。

音源部８０は、入力された情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ、ＫＰ、ＰＣ、ＰＳ）に基づいて音信号を生成してスピーカ６０に出力する。音源部８０において生成される音信号は、鍵７０の操作に応じた音であって演奏者が鍵へ接触することによる減衰が反映された音を含むものとなる。ここで、音源部８０が生成する音信号は、鍵７０への操作毎に得られる。そして、複数の押鍵によって得られた複数の音信号は、合成されて音源部８０から出力される。音源部８０の構成について詳述する。

［音源部の構成］
図２は、本発明の第１実施形態における音源部の機能構成を示す図である。音源部８０は、変換部８８、音信号生成部１１１、波形データ記憶部１５１および出力部１８０を備える。変換部８８は、入力される情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ、ＰＣ、ＰＳ）を音信号生成部１１１において用いられるフォーマットの制御データに変換する。すなわち、それぞれ異なる意味を持つ情報が共通のフォーマットの制御データに変換される。制御データは、発音内容を規定するデータである。この例では、変換部８８は、入力される情報をＭＩＤＩ形式の制御データに変換する。

変換部８８は、鍵挙動測定部７５から入力される情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ）に基づいて、制御データを生成する。この場合に生成される制御データは、操作された鍵７０の位置を示す情報（ノートナンバ）、押鍵したことを示す情報（ノートオン）、離鍵したことを示す情報（ノートオフ）および押鍵速度（ベロシティ）等を含む。また、変換部８８は、ペダル挙動測定部９５から入力される情報（ＰＣ、ＰＳ）に基づいて、ダンパペダル９１の押込量を示す制御データおよびシフトペダル９３の押込量を示す制御データを生成する。

変換部８８は、圧力測定部７３から入力される情報（ＫＣ、ＫＰ）に基づいて、各鍵７０における圧力値に応じた調整データを調整部１３１に出力する。調整データは、音源部８０が生成する音信号のエンベロープの調整するために用いられる。この例では、調整データは、エンベロープの調整の程度（調整量）を示す情報を含む。鍵７０の表面に対する圧力が高いほど、また、圧力が印加された鍵７０の数が多いほど、調整量が大きくなるように調整データが生成される。

調整データは、例えば、「０」から「１」の範囲で調整量を規定し、「０」の場合はエンベロープの調整をしない（調整量が最小でもよい）、「１」の場合は調整量が最大であるものとして、規定される。このとき、圧力が所定のしきい値を越えている場合に調整が生じ（調整データが「０」より大きい）、圧力が所定のしきい値を超えていなければ調整が生じない（調整データが「０」）ように調整データが生成されてもよい。

波形データ記憶部１５１は、少なくとも、ピアノ音波形データを記憶している。ピアノ音波形データは、アコースティックピアノの音（押鍵に伴う打弦によって生じた音）をサンプリングした波形データである。

音信号生成部１１１は、変換部８８から入力される制御データに基づいて、音信号を生成して出力する。このとき、調整部１３１によって、音信号のエンベロープが調整される。出力部１８０は、音信号生成部１１１によって生成された音信号を、音源部８０の外部に出力する。この例では、スピーカ６０に音信号が出力されて、ユーザに聴取される。続いて、音信号生成部１１１の詳細の構成について説明する。

［音信号生成部の構成］
図３は、本発明の第１実施形態における音信号生成部の機能構成を示すブロック図である。音信号生成部１１１は、波形読出部１１３（波形読出部１１３−１、１１３−２、・・・１１３−ｎ）、ＥＶ（エンベロープ）波形生成部１１５（１１５−１、１１５−２、・・・、１１５−ｎ）、乗算器１１７（１１７−１、１１７−２、・・・１１７−ｎ）および波形合成部１１９を備える。上記の「ｎ」は、同時に発音できる数（同時に生成できる音信号の数）に対応し、この例では３２である。すなわち、この音信号生成部１１１によれば、３２回の押鍵まで発音した状態が維持され、３３回目の押鍵があった場合には、最初の発音に対応する音信号が強制的に停止される。

波形読出部１１３−１は、変換部８８から得られた制御データに基づいて、波形データ記憶部１５１から読み出すべき波形データを選択して読み出して、ノートナンバに応じた音高の音信号を生成する。この例では、ピアノ音波形データが読み出される。ＥＶ波形生成部１１５−１は、変換部８８から得られた制御データおよび予め設定されたパラメータに基づいて、エンベロープ波形を生成する。生成されるエンベロープ波形は、調整部１３１によって一部が調整される。エンベロープ波形の生成方法およびその調整方法については、後述する。乗算器１１７−１は、波形読出部１１３−１において生成された音信号に対して、ＥＶ波形生成部１１５−１において生成されたエンベロープ波形を乗算する

ｎ＝１の場合について例示したが、乗算器１１７−１から音信号が出力されているときに次の押鍵がある度に、ｎ＝２、３、４・・・と順に押鍵に応じた制御データが適用されていく。例えば、次の押鍵であれば、ｎ＝２の構成に制御データが適用されて、上記と同様に乗算器１１７−２から音信号が出力される。波形合成部１１９は、乗算器１１７−１、１１７−２、・・・、１１７−３２から出力される音信号を合成して出力部１８０に出力する。

［エンベロープ波形］
ＥＶ波形生成部１１５において生成されるエンベロープ波形について説明する。まず、一般的なエンベロープ波形およびパラメータについて説明し、調整部１３１によるエンベロープ波形の調整方法について説明する。

図４は、一般的なエンベロープ波形の定義（図４（ａ））およびピアノ音のエンベロープ波形の例（図４（ｂ））を説明する図である。図４（ａ）に示すように、エンベロープ波形は、複数のパラメータで規定される。複数のパラメータは、アタックレベルＡＬ、アタックタイムＡＴ、ディケイタイムＤＴ、サスティンレベルＳＬおよびリリースタイムＲＴを含む。ノートオンがあると、アタックタイムＡＴの時間でアタックレベルＡＬまで上昇する。その後、ディケイタイムＤＴの時間でサスティンレベルＳＬまで減少し、サスティンレベルＳＬを維持する。ノートオフ（Ｋｏｆｆ）があると、サスティンレベルＳＬから消音状態（レベル「０」）まで、リリースタイムＲＴの時間で減少する。サスティンレベルＳＬまで到達する前、すなわち、アタックタイムＡＴの期間およびディケイタイムＤＴの期間においてノートオフ（Ｋｏｆｆ）があると、その時点からリリースタイムＲＴの時間で消音状態に至る。なお、サスティンレベルＳＬをリリースタイムＲＴで除算した減衰率で消音状態に至るようにしてもよい。

ディケイレートＤＲは、上述のパラメータから算出できる値であって、アタックレベルＡＬとサスティンレベルＳＬとの差をディケイタイムＤＴで除算することによって得られる。このパラメータは、ノートオン状態での音の自然減衰の程度（減衰率）を示している。なお、ディケイタイムＤＴにおいてディケイレートＤＲの減衰率は一定（傾斜が直線）である例を示したが、必ずしも一定でなくてもよい。すなわち、減衰率が予め決められた変化をすることで、傾斜が曲線上で定義されてもよい。

一般的なピアノの音は、図４（ｂ）に示すように定義される。この例では、サスティンレベルＳＬは「０」に設定され、ディケイタイムＤＴは比較的長く（ディケイレートＤＲは小さく）設定される。この状態は、ダンパが弦から離れた状態を示している。ディケイタイムＤＴにおいてノートオフ（Ｋｏｆｆ）があると、ダンパが弦に接触した状態となり、点線のとおり急激に減衰する。この例におけるＥＶ波形生成部１１５は、図４（ｂ）に示すエンベロープ波形を生成し、調整部１３１によってディケイレートＤＲが調整される。この調整について説明する。

図５は、本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整処理を示すフローチャートである。操作部２１を介して演奏者の接触による減衰の影響を反映させる機能をオンにした場合等において、調整部１３１によるディケイレートＤＲの調整処理が開始される。調整処理が開始されると、調整部１３１は、調整データの受信を待つ（ステップＳ１０１；Ｎｏ）。なお、演奏中においては、ほぼ鍵７０に対する圧力の印加が存在するため、調整データは順次送信される。そのため、調整データが受信されないときは、ほとんどの場合、押鍵が行われていない。

調整部１３１は、調整データを受信すると（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ディケイ期間に属するＥＶ波形生成部１１５を特定する（ステップＳ１０３）。ディケイ期間とは、ディケイタイムＤＴの制御下にある期間に対応する。したがって、ディケイ期間に属するＥＶ波形生成部１１５とは、ディケイタイムＤＴにおけるエンベロープ波形を出力しているＥＶ波形生成部１１５を示す。

調整部１３１は、特定したＥＶ波形生成部１１５に対して、調整データに基づいたディケイレートＤＲの調整を行い（ステップＳ１０５）、次の調整データの受信を待つ（ステップＳ１０１）。上記の通り、ステップＳ１０３において複数のＥＶ波形生成部１１５が特定されることもあるため、ディケイレートＤＲの調整が、複数のＥＶ波形生成部１１５に対して行われることもある。すなわち、鍵７０の操作によって生成される音信号は、その操作以降における操作（他の鍵７０に対する操作を含む）に応じて減衰率が調整されることになる。続いて、ディケイレートＤＲの調整の具体例について説明する。

図６は、本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整例を説明する図である。この例では、鍵７０の押下が２回行われて、ＥＶ波形生成部１１５−１、１１５−２において順次エンベロープ波形の生成が開始されている。そして、調整部１３１が調整データをｔ１、ｔ２のタイミングで受信した場合を示している。２回目の調整データの方が、１回目の調整データよりも調整量が少ない場合の例である。Ｋｏｎは、押鍵（ノートオン）があったタイミングを示している。

図に示すディケイレートＤＲは、予め決められた初期値であり、時刻ｔ１までは、ＤＲに応じた減衰率でエンベロープ波形が生成される。時刻ｔ１において調整データが受信されると、調整部１３１は、ＥＶ波形生成部１１５−１、１１５−２のディケイレートを、調整データに応じて減衰率を増加させたディケイレートＤＲｃ１に調整する。時刻ｔ２において調整データがさらに受信されると、調整部１３１は、ＥＶ波形生成部１１５−１、１１５−２のディケイレートを、調整データに応じて減衰率を減少させたディケイレートＤＲｃ２に調整する。

ディケイレートＤＲｃ２は、ディケイレートＤＲｃ１を基準とすると減衰率が減少しているが、ディケイレートＤＲを基準とすると減衰率が増加している。言い換えると、エンベロープ波形におけるディケイレートＤＲｃ２における傾きは、ディケイレートＤＲにおける傾きと、ディケイレートＤＲｃ１における傾きとの間になっている。したがって、鍵７０への圧力の印加によって、ディケイレートが調整されると、図６に示す２つのエンベロープ波形からわかるようにディケイレートＤＲのまま減衰するよりも、より大きい減衰率のエンベロープ波形が得られる。これによって、演奏者に対して発音のエネルギが伝達されて、速く減衰する音を再現することができる。

なお、調整データに基づくディケイレートの調整は、対象となる音信号の音高によらず同じ調整量であってもよいが、発音されている音高に応じて調整量が変化するようにしてもよい。この場合には、ＥＶ波形生成部１１５−ｋに対するエンベロープ波形の調整は、これに対応する波形読出部１１３−ｋに適用された制御データが示すノートナンバを調整部１３１が取得するようにすればよい。そして、調整部１３１は、ノートナンバに応じた調整量を算出すればよい。

一般的には低音側の発音の方が、演奏者に対してエネルギが伝達されやすい。例えば、調整量の音高依存性を持たせることで、その影響を音信号生成部１１１において再現できるようにしてもよい。このとき、ある鍵７０の操作に応じて生成される音信号に対する減衰率よりも、さらに低い音高（低音側）のいずれかの鍵７０の操作に応じて生成される音信号に対する減衰率が大きくなる調整が含まれるようにすることが望ましい。

図７は、本発明の第１実施形態におけるディケイレートの調整係数の音高依存性を説明する図である。調整係数ＤＰは、調整データにおける調整量に対して音高依存性を与えるための係数であって、例えば、調整データの値に乗算される。調整係数ＤＰの音高依存性について、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３つを例示する。なお、いずれの関係においても、縦軸は調整係数ＤＰを示し、横軸は音高（ノートナンバ：１〜８８）を示している。

図７（ａ）に示す第１の例によれば、音高が高くなるほど、徐々に調整係数ＤＰが減少していく例が開示される。この例ではノートナンバｋｎにおいて調整係数ＤＰが「０」となり、ノートナンバｋｎ以上の音高では、エンベロープ波形の調整が行われない。なお、ｋｎを「８９」以上に設定すれば、最高音においてもエンベロープ波形の調整が行われることになる。また、音高の増加に対する調整係数ＤＰの減少率は、図示のとおり一定に限らず、変化してもよい。

図７（ｂ）に示す第２の例によれば、ノートナンバｋｎに対して低音側では同じ調整係数ＤＰでエンベロープ波形の調整が行われる。一方、ノートナンバｋｎに対して高音側ではエンベロープ波形の調整が行われない。この例においてノートナンバｋｎが「８８」である場合には、音高依存性のない調整が行われる例と同じである。

図７（ｃ）に示す第３の例によれば、調整係数ＤＰは、ノートナンバｋｎにおいて最も大きく、低音側および高温側において減少している。なお、低音側と高温側とで変化率が異なっていてもよい。例えば、低音側では、調整係数ＤＰが一定値（例えば、「１」）であってもよい。

このように、第１実施形態に係る電子鍵盤楽器１は、鍵７０への操作に応じてエンベロープ波形を調整することによって、アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音を再現することができる。

＜第２実施形態＞
アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音を再現するために、特許５６６４１８５号公報に開示される物理モデルを用いた演算処理を用いる例を、第２実施形態として説明する。

図８は、本発明の第２実施形態における音源部の機能構成を示す図である。音源部８０Ａは、変換部８８Ａ、物理モデル演算部１００および出力部１８０を備える。変換部８８Ａは、鍵挙動測定部７５から入力される情報（ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ）およびペダル挙動測定部９５から入力される情報（ＰＣ、ＰＳ）を、物理モデル演算部１００において用いられる信号に変換して出力する。また、変換部８８Ａは、圧力測定部７３から入力される情報（ＫＣ、ＫＰ）についても、物理モデル演算部１００において用いられる信号に変換して出力する。物理モデル演算部１００は、特許５６６４１８５号公報に開示される楽音信号合成部１００に対応する。

物理モデル演算部１００に入力される信号は、離散時間軸（ｔ＝ｎΔｔ；ｎ＝０，１，２，・・・）上で表される入力信号１〜５を含む。入力信号１（ｅ_ｋ（ｎΔｔ））は、鍵の押込量に対応する信号であり、鍵挙動測定部７５から入力される情報ＫＣ、ＫＳに基づいて生成される。入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））は、ハンマ速度に対応する信号であり、鍵挙動測定部７５から入力される情報ＫＣ、ＫＶに基づいて生成される。入力信号３（ｅ_ｐ（ｎΔｔ））は、ダンパペダルの押込量（踏込量）に対応する信号であり、ペダル挙動測定部９５から入力される情報ＰＣ、ＰＳに基づいて生成される。入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））は、シフトペダルの押込量（踏込量）に対応する信号であり、ペダル挙動測定部９５から入力される情報ＰＣ、ＰＳに基づいて生成される。入力信号１〜４は、変換部８８Ｂから出力される。入力信号１〜４は、特許５６６４１８５号公報に開示されているものと同じである。一方、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））は、各鍵７０に印加された圧力に対応する信号であり、圧力測定部７３から入力され得る情報ＫＣ，ＫＰに基づいて生成される。

図９は、本発明の第３実施形態における変換部の処理例を示す図である。この例では、情報ＫＣによって指定される鍵に対応する入力信号１（ｅ_ｋ（ｎΔｔ））に、情報ＫＳが変換される場合を示す。具体的には、ある特定のタイミングにおける情報ＫＳが示す鍵の位置（レスト位置（ｒｅｓｔ）からエンド位置（ｅｎｄ）の範囲）と、ｅ_ｋの値との関係を示している。この変換テーブルによれば、ｅ_ｋは、鍵がレスト位置から一定量押し込まれると、「１」から減少し始め、エンド位置に至る一定量前の段階で「０」に至るように決められている。このような変換テーブルは、入力信号１〜４に対応して設けられている。

物理モデル演算部１００は、入力信号１〜５に基づいて、グランドピアノを想定した複数のモデル（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）を含む物理モデルにより演算し、疑似ピアノ音を示す音信号を生成する。生成された音信号は、出力部１８０に出力され、音源部８０Ａの外部に出力される。物理モデル演算部１００の構成について説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態における物理モデル演算部の機能構成を示す図である。物理モデル演算部１００は、比較部１０１、ダンパモデル計算部１０２−１、１０２−２、ハンマモデル計算部１０３、弦モデル計算部１０４−１、１０４−２、本体モデル計算部１０５、空気モデル計算部１０６および化粧音生成部２００を備える。ダンパモデル計算部１０２−１、１０２−２を区別しない場合には、ダンパモデル計算部１０２という。弦モデル計算部１０４−１、１０４−２を区別しない場合には、弦モデル計算部１０４という。いずれも特定の鍵において、対応する弦が２本（ｉｗ＝１、２）である場合の物理モデルを想定している。弦が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およびダンパモデル計算部１０２を増やせばよい。

以下に各構成についての説明をする。なお、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、本体モデル計算部１０５および空気モデル計算部１０６における物理モデル演算方法は、特許５６６４１８５号公報に開示されているものと同じである。また、物理モデル演算に用いられるパラメータを含む様々な計算上のパラメータについても特許５６６４１８５号公報に開示されているものと同じである。したがって、本明細書においては、その説明については、特許５６６４１８５号公報が参照されることによって、詳細の説明を省略する。

比較部１０１は、入力信号１（ｅ_ｋ（ｎΔｔ））および入力信号３（ｅ_ｐ（ｎΔｔ））を取得する。比較部１０１は、小さい方の値をｅ_Ｄ（ｎΔｔ）として、ダンパモデル計算部１０２−１、１０２−２に出力する。

ダンパモデル計算部１０２は、ダンパについて計算する。ダンパモデル計算部１０２は、比較部１０１から出力されるｅ_Ｄ（ｎΔｔ）および弦モデル計算部１０４から出力されるｕ_ｋ（ｘ_Ｄ，ｎΔｔ）（ｋ＝１，３）を取得する。ｕ_１（ｘ_Ｄ，ｎΔｔ）は、止音点における弦中心軸のｚ方向変位を示す。ｕ_３（ｘ_Ｄ，ｎΔｔ）は、止音点における弦中心軸のｙ方向変位を示す。ここで、ｚ方向（ｋ＝１）は、ハンマ重心の打弦時運動方向である。ｘ方向（ｋ＝２）とは弦の中心軸に沿った方向である。ｙ方向（ｋ＝３）はｘ方向およびｚ方向に垂直な方向である。以下の説明においても同じである。ダンパモデル計算部１０２は、これらの情報を用いてｆ_Ｄｋ（ｎΔｔ）を計算して、弦モデル計算部１０４に出力する。ｆ_Ｄｋ（ｎΔｔ）は、ダンパの抵抗力を示す。

ハンマモデル計算部１０３は、ハンマについて計算する。ハンマモデル計算部１０３は、比較部１０１から出力される入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））および入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））を取得する。ハンマモデル計算部１０３は、これらの情報を用いて、ｆ_Ｈ（ｎΔｔ）を計算して、弦モデル計算部１０４に出力する。ｆ_Ｈ（ｎΔｔ）は、ハンマ先端が弦表面に及ぼす力を示す。

弦モデル計算部１０４は、弦の振動について計算する。弦モデル計算部１０４は、ダンパモデル計算部１０２から出力されるｆ_Ｄｋ（ｎΔｔ）、ハンマモデル計算部１０３から出力されるｆ_Ｈ（ｎΔｔ）および本体モデル計算部１０５から出力されるｕ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）を取得する。ｕ_Ｂｋ（ｎΔｔ）は、弦支持端のｚ方向（ｋ＝１）、ｘ方向（ｋ＝２）、ｙ方向（ｋ＝３）の変位を示す。弦モデル計算部１０４は、これらの情報を用いて、ｕ_ｋ（ｘ_Ｄ，ｎΔｔ）（ｋ＝１，３）、ｕ_１（ｘ_Ｈ，ｎΔｔ）、ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）を計算する。ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）は、弦が弦支持端に及ぼすｚ方向（ｋ＝１）、ｘ方向（ｋ＝２）、ｙ方向（ｋ＝３）の力を示す。ｕ_１（ｘ_Ｈ，ｎΔｔ）は、打弦点における弦中心軸のｚ方向変位を示す。ｕ_ｋ（ｘ_Ｄ，ｎΔｔ）（ｋ＝１，３）は、ダンパモデル計算部１０２に出力される。ｕ_１（ｘ_Ｈ，ｎΔｔ）は、ハンマモデル計算部１０３に出力される。ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）は、本体モデル計算部１０５に出力される。

本体モデル計算部１０５は、本体の振動について計算する。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ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）を取得する。このｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）には、化粧音生成部２００から出力されるＦ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）が加算されている。Ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）は、化粧音により弦支持端に及ぼすｚ方向（ｋ＝１）、ｘ方向（ｋ＝２）、ｙ方向（ｋ＝３）の力を示す。本体モデル計算部１０５は、これらの情報を用いて、Ａｃ（ｎΔｔ）、ｕ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）を計算する。Ａｃ（ｎΔｔ）は、本体の固有振動モードのモード座標上での変位を示す。Ａｃ（ｎΔｔ）は、空気モデル計算部１０６に出力される。ｕ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）は、弦モデル計算部１０４に出力される。

空気モデル計算部１０６は、音響放射について計算する。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Ａｃ（ｎΔｔ）を取得し、Ｐ（ｎΔｔ）を計算して出力する。Ｐ（ｎΔｔ）は、物理モデル演算部１００において生成される音信号に対応する。したがって、この音信号は、出力部１８０に出力される。

化粧音生成部２００は、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））、入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））および入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））を取得する。また、この例では、本体モデル計算部１０５から出力されるＡｃ（ｎΔｔ）についても取得される。化粧音生成部２００は、これらの情報を用いてＦ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）を計算し、ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）に加算する。なお、ｋ＝２，３については、ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）＝０として、ｋ＝１のみ加算の対象としてもよい。また、単純に加算するのではなく、減算、重み付けをした加算、積算、除算などにより合成するようにしてもよい。

なお、化粧音生成部２００は、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））および入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））に基づいて、棚板音に相当するＦ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）が出力される点では、特許５６６４１８５号公報に開示された化粧音生成部２００と同様である。一方、この例においては、Ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）には、本体モデル計算部１０５から出力されるＡｃ（ｎΔｔ）および入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））に基づいて生成される、アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響に相当する情報も含まれる。以下、化粧音生成部２００について詳細を説明する。

図１１は、本発明の第２実施形態における化粧音生成部の機能構成を示す図である。化粧音生成部２００は、生成制御部２１０、波形データ読出部２２０、ＤＣＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２３０、ＤＣＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）２４０、減衰演算部２５０および波形データ記憶部２５２を備える。

生成制御部２１０は、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））および入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））を取得し、これらの信号に基づいて、波形データ読出部２２０、ＤＣＡ２３０およびＤＣＦ２４０を制御する。なお、化粧音生成部２００は、これらの信号ではなく、鍵挙動測定部７５およびペダル挙動測定部９５から取得される情報（Ｆｖ、ＫＣ、ＫＳ、ＫＶ、ＰＣ、ＰＳ）を取得するようにしてもよい。

波形データ読出部２２０は、波形データ記憶部２５２に記憶されている波形データのうち、生成制御部２１０の制御により選択される波形データを読み出して出力する。波形データ記憶部２５２に記憶されている波形データは、棚板音に相当する波形データ（以下、棚板音波形データ）を含む。

棚板音波形データは、グランドピアノにおいて鍵を押下したときに生じる棚板音の振動波形を示すデータである。棚板音波形データは、例えば、以下のように生成される。鍵を押下したときに弦が振動しない状態にしておき、特定の鍵を特定の速度で押下したときに生じた棚板音を、全ての鍵について弦支持端における変位として検出する。検出した変位から離散時間軸上における弦支持端に与える力Ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）（ｋ＝１，２，３）が算出される。この情報は、上記の特定の鍵が特定の速度で押下された場合の棚板音波形データに対応する。なお、鍵の押下位置は、シフトペダルの踏み込みによって変化する。したがって、各鍵に対応する棚板音波形データについては、シフトペダルの押込量（踏込量）との組み合わせとして記憶されている。

波形データ読出部２２０は、生成制御部２１０の制御により、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））および入力信号４（ｅ_ｓ（ｎΔｔ））に基づいて棚板音波形データＳｂを読み出してＤＣＡ２３０に出力する。

ＤＣＡ２３０は、生成制御部２１０の制御により、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））に応じた増幅率で棚板音波形データを増幅する。この例では、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））が示すハンマ速度が速いほど、この増幅率が大きくなるように制御される。

ＤＣＦ２４０は、生成制御部２１０の制御により、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））に応じたカットオフ周波数で棚板音波形データの高周波成分を減衰させる。この例では、入力信号２（Ｖ_Ｈ（ｎΔｔ））が示すハンマ速度が速いほど、このカットオフ周波数が高周波数になるように制御される。

減衰演算部２５０は、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））および本体モデル計算部１０５から出力されるＡｃ（ｎΔｔ）を取得する。減衰演算部２５０は、Ａｃ（ｎΔｔ）からｄ／ｄｔ（Ａｃ（ｎΔｔ））を得て、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））に応じた係数を乗算することによって、離散時間軸上における弦支持端に与える力に相当する波形データが算出される。各鍵７０に印加された圧力が大きいほど、弦支持端に与える力の大きさが大きくなるように、波形データが算出される。この波形データを弦支持端に反力として与えることによって、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））に応じた係数に対応する減衰の効果が、本体モデル計算部１０５から出力されるＡｃ（ｎΔｔ）に含まれることになる。

ＤＣＦ２４０で処理された棚板音波形データと減衰演算部２５０において演算して得られた波形データとが合成されて、Ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）として化粧音生成部２００から出力される。このように出力される。Ｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）は、弦モデル計算部１０４から出力されたｆ_Ｂｋ（ｎΔｔ）に加算されることにより、弦支持端に及ぼす力には，弦の振動による力だけなく、棚板音の振動による力、および音を減衰させるための力が含まれることになる。その結果、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））に応じた係数、すなわち、鍵７０に印加された圧力に対応する減衰の効果が、本体モデル計算部１０５から出力されるＡｃ（ｎΔｔ）、さらに空気モデル計算部１０６から出力されるＰ（ｎΔｔ）にも含まれる。そして、出力部１８０から出力される音信号にも鍵７０に印加された圧力に対応する減衰の効果が含まれるものとなる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は以下のように、様々な態様で実施可能である。

（１）上記の実施形態では、電子鍵盤楽器に本発明を適用した場合の説明であったが、電子鍵盤楽器以外の電子楽器にも適用される。すなわち、鍵７０以外の演奏操作子を用いた電子楽器であってもよい。例えば、演奏操作子は、ウインドシンセサイザ（管楽器型のコントローラ）のキーであってもよい。そして、圧力測定部７３は、このような演奏操作子に印加される圧力を測定すればよい。

（２）第２実施形態において、特許５６６４１８５号公報に開示された物理モデル演算方法の一例に、本体部への衝撃音を生成する構成を適用する場合について説明した。特許５６６４１８５号公報に開示された物理モデル演算方法は、その他にも複数の例が開示されているが、いずれの例に対しても化粧音生成部を利用した方法により適用可能である。また、同様の思想（鍵に印加される圧力による音の減衰を再現する思想）を用いれば、その他の公知となっている物理モデル演算に対しても、鍵に印加される圧力による音の減衰を再現するための構成を適用することができる。

（３）上述の実施形態において、圧力測定部７３を用いない構成であってもよい。すなわち、圧力測定部７３における測定結果に応じて、鍵７０に印加される圧力に応じた音の減衰を再現する場合に限らない。例えば、鍵挙動測定部７５における測定結果に応じて、アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音を再現してもよい。

（３−１）第１実施形態では、変換部８８が、圧力測定部７３から入力される情報（ＫＣ、ＫＰ）に基づいて、各鍵７０における圧力値に応じた調整データを調整部１３１に出力していた。一方、圧力測定部７３を用いない場合には、例えば、鍵挙動測定部７５から入力される情報に基づいて、押下された鍵７０の数に応じた調整データを調整部１３１に出力してもよい。この場合には、押鍵時の圧力とは関係なく、押鍵数によってエンベロープ波形の調整量が決まるように、調整データが生成されればよい。

（３−２）第２実施形態に適用する場合においても同様に、化粧音生成部２００（減衰演算部２５０）に入力される入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））を鍵挙動測定部７５から入力される情報に基づいて、各鍵７０に印加された圧力に対応する信号ではなく、押鍵数（押下された鍵７０の数）に対応する信号とすればよい。

（４）第２実施形態において、アコースティック楽器の演奏者の鍵への接触による減衰の影響を含んだ発音は、Ａｃ（ｎΔｔ）に基づいて算出された力を弦支持端に反力として与えることによって再現されていたが、これ以外の演算を用いて再現されてもよい。例えば、空気モデル計算部において、入力信号５（Ｆｖ（ｎΔｔ））など各鍵７０に印加された圧力または押鍵数などの情報に応じて、音信号が減衰されるような演算を施せばよい。

１…電子鍵盤楽器、１０…制御部、２１…操作部、２３…表示部、３０…記憶部、５０…筐体、６０…スピーカ、７３…圧力測定部、７５…鍵挙動測定部、８０…音源部、８８…変換部、９０…ペダル装置、９１…ダンパペダル、９３…シフトペダル、９５…ペダル挙動測定部、１００…物理モデル演算部、１０１…比較部、１０２…ダンパモデル計算部、１０３…ハンマモデル計算部、１０４…弦モデル計算部、１０５…本体モデル計算部、１０６…空気モデル計算部、１１１…音信号生成部、１１３…波形読出部、１１５…ＥＶ波形生成部、１１７…乗算器、１１９…波形合成部、１３１…調整部、１５１…波形データ記憶部、１８０…出力部、２００…化粧音生成部、２１０…生成制御部、２２０…波形データ読出部、２３０…ＤＣＡ、２４０…ＤＣＦ、２５０…減衰演算部、２５２…波形データ記憶部

Claims (4)

1. 複数の演奏操作子と、
   前記演奏操作子への操作による当該演奏操作子の挙動を測定し、当該挙動に対応した第１測定データを出力する第１測定部と、
   前記第１測定データに基づいて前記操作に対応した音信号を生成し、当該操作以降における前記演奏操作子のいずれかへの操作に応じて当該音信号の減衰率を調整する音源部と、
   を備え、
   前記演奏操作子は鍵であり、
   前記音源部は、前記第１測定データに基づいて、アコースティックピアノの少なくとも弦の振動および当該弦と接続される本体部の振動を、物理モデルを用いて演算し、演算結果に基づいて前記減衰率が調整された音信号を生成し、
   前記物理モデルの演算には、前記本体部の振動を利用して前記減衰率を調整する演算を含むことを特徴とする電子楽器。
2. 前記演奏操作子への操作による当該演奏操作子への圧力を測定し、当該圧力に対応した第２測定データを出力する第２測定部をさらに備え、
   前記物理モデルの演算には、前記第２測定データに基づいて前記減衰率を調整する演算を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
3. 鍵への操作による当該鍵の挙動に対応した第１測定データに基づいて前記操作に対応した音信号を生成し、当該操作以降における前記鍵のいずれかへの操作に応じて当該音信号の減衰率を調整することを含み、
   前記減衰率を調整した音信号は、前記第１測定データに基づいて、アコースティックピアノの少なくとも弦の振動および当該弦と接続される本体部の振動を、物理モデルを用いて演算し、演算結果に基づいて前記減衰率が調整されることによって得られ、
   前記物理モデルの演算には、前記本体部の振動を利用して前記減衰率を調整する演算を含むことを特徴とする音信号生成方法。
4. 鍵への操作による当該鍵の挙動に対応した第１測定データに基づいて前記操作に対応した音信号を生成し、当該操作以降における前記鍵のいずれかへの操作に応じて当該音信号の減衰率を調整することをコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記減衰率を調整した音信号は、前記第１測定データに基づいて、アコースティックピアノの少なくとも弦の振動および当該弦と接続される本体部の振動を、物理モデルを用いて演算し、演算結果に基づいて前記減衰率が調整されることによって得られ、
   前記物理モデルの演算には、前記本体部の振動を利用して前記減衰率を調整する演算を含むことを特徴とする、プログラム。

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