JPH02280196A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、特に、電子管楽器に用いて好適な楽音合成
装置に関する。

「従来の技術」 自然楽器の発音メカニズムをシミュレートすることによ
り得られたモデルを動作させ、これにより、自然楽器の
楽音を合成する方法が知られている。この種の技術は、
例えば特開昭６３−４０１９９号公報に開示されている
。以下、管楽器を例に、その発音メカニズムのモデルを
説明し、次いで、このモデルを用いた楽音合成装置につ
いて説明する。

第６図はクラリネット、サクソフォーン等の管楽器の概
略構成を示したものである。同図において、ｌは管楽器
の共鳴管（管部）、２はリード、ＴＨは共鳴管ｌに形成
された音高操作用のトーンホール（音孔）を示す。

この構成において、吹奏者かリード２に呼気２Ａを吹き
込むと、その呼気圧ＰＡおよび自身の弾住持性によりリ
ード２が振動する（矢印２Ｓ）。この結果、リード２の
管内側に空気の圧力波（粗密波）が発生し、これが進行
圧力波Ｆとなって共鳴官！の終端部ＩＥに向かって送出
される。そして、進行圧力波Ｆは共鳴管ｌ内の各所およ
び終端部ｌＥにおいて反射され、反射圧力波Ｒとなって
り−ド２に戻り、リード２は反射圧力波Ｒからの圧力Ｐ
Ｒを受ける。従って、吹奏中、リード２が受ける全圧力
Ｐは、反射圧力波Ｒの圧力をＰＲとすると、 Ｐ＝ＰＡ−ＰＲ・・・・・・（１） となり、結局、リード２は自身の弾性特性と上記圧力Ｐ
とにより振動する。そして、リード２の振動と共鳴管１
内の圧力波ＦおよびＲの往復運動とが共振状性となるこ
とにより楽音が発生される。

この時の共振周波数は、共鳴管１に形成されたトーンホ
ールＴＨの開閉操作により切り換えられる。すなわち、
トーンホールＴ　Ｉの開閉操作が行われると、それに伴
ってトーンホールＴＨ近傍における圧力波の流れが変化
し、共鳴管１の実効的な長さか変化することによって共
振周波数の切換がなされる。

第７図は上述したような管楽器の発音メカニズムをシミ
ュレートすることにより得られた楽音合成装置の構成例
を示したものである。同図において、１１はリード２の
動作をシミュレートした非線形素子、１２は共鳴管２を
シミュレートした共振回路、１３はリード２において行
われる上記式（＋）の圧力演算をシミュレートした減算
器である。

ここで、非線形素子１１の出力信号は、進行波信号とし
て共振回路１２に入力され、共振回路１２の出力信号、
すなわち、反射波信号は減算器１３に入力されるように
なっている。

共振回路１２において、Ｂ　Ｄ　、、Ｂ　Ｄ　！、・・
・は、共鳴Ｗ１内を伝播する空気圧力波の伝送遅延をシ
ミュレートした双方向伝送回路である。また、各双方向
伝送回路ＢＤ、、ＢＤ、、・・・において、ＤＦは進行
波信号の伝送用の遅延回路、ＤＲは反射波信号の伝送用
の遅延回路を示す。ＴＲＭは共鳴管Ｉの終端部ＩＥ（第
６図）における圧力波の反射をンミ。

レートした終端回路である。ここで、終端回路ＴＲＭは
、反射に伴う音響損失をシミュレートしたローパスフィ
ルタＭＬと、同じく反射に伴って生じる入力信号の位相
反転をシミュレートした反転回路Ｉｖとからなる。なお
、この反転回路ＩＶは、終端部ＩＥが開口端の場合のみ
必要であり、閉口端の場合は不要である。

ＪＵ、はジャンクションであり、トーンホールＴＨ近傍
におけろ圧力波の散乱をシミュレートする乙のである。

ここで、Ｍ、、Ｍ２は乗算器、ＡＡ２は減算器、Ａｊは
加算器を示す。加算器Ａｊには、双方向伝送回路ＢＤ、
からの進行波信号が乗算器Ｍ、によって係数ａ、が乗じ
られて入力されると共゛に、双方向伝送回路ＢＤ、から
の反射波信号が乗算器Ｍ、によって係数ａ、か乗じされ
て入力され、入力信号の加算が行われる。なお、これら
の係数ａ１およびａ、については後述する。そして、こ
の加算結果は、加算器Ａｊから減算２；Ａ１およびＡ、
に送られる。そして、減算器Ａ１では加算７５　Ａ　ｊ
の出力信号から進行波信号Ｆ１が減算され、減算結果が
反射波信号Ｒ１として双方向伝送回路ＢＤ。

に送られる。また、減算器Ａ２では加算器Ａｊの出力信
号から反射波信号Ｒ１が減算され、減算結果か進行波信
号Ｆ、として双方向伝送回路ＢＤ、に送られる。

ここで、信号Ｆ、およびＲ１に乗する係数について説明
する。

〈トーンホールＴ　Ｈが開状態の場合〉第６図における
共鳴管１内のトーンホールＴ　Ｉ近傍の点Ｊにおいて、
この点Ｊの空気圧Ｐｊは、Ｐｊ＝ａ、ｏｆｆ　　Ｐ、士
　＋　ａ２ｏＨＰ２＋　　−−−（２）となる。ここで
、Ｐ、＋は共鳴管１のリート２側がら点ｊに流入する空
気圧力波の圧力、Ｐ２＋は共鳴管ｌの終端部ＩＥ側から
点ｊに流入する空気圧力波の圧力を示す。また、ａ＋ｏ
ｆｆ、ａ、ｏｆｆは、点ｊに流入する各空気圧力波の大
きさの配分を示す係数で、下記式（３）および（４）で
与えられる。

ａ＋ｏｒｒ＝　２φ１２／（φ１′＋φ、′＋φ３′）
　　・・・・・（３）ａ２ｏｆｆ＝２φ２２／（φ１２
＋φ、′＋φ３′）　　・・・　（・１）となる。ここ
で、φ、は共鳴管１のリード２側の部分の直径、φ、は
共鳴管ｌの終端部！Ｅ側の直径、φ３はトーンホールＴ
Ｈの直径を示す。第７図において、進行波信号Ｆ１は上
記圧力Ｐ、十に相当し、反射波信号Ｒ１は上記圧力Ｐ！
十に相当する。

また、この楽音合成装置では、トーンホールＴＨが閉状
態の場合、上記係数ａ＋ｏｆｆ、　ａｔｏｆｒが係数ａ
ｌ＋ａ、として、乗算器Ｍ１、Ｍ、に与えられる。従っ
て、加算器Ａｊからは、上記式（２）の演算結果、すな
わち、点ｊにおける空気圧力Ｐｊに相当する信号が出力
される。

一方、第６図において、点ｊから共鳴管ｌのリード２方
向に流出する空気圧力波の圧力Ｐ、−１共鳴管ｌの終端
部ＩＥ力方向流出する空気圧力波の圧力Ｐ、−とすると
、これらは各々 Ｐｌ−＝　　ｐｊ−ｐ、＋　・・・・・・（５）Ｐ、−
＝　　Ｐｊ−Ｐ、＋　・・・・・・（６）となる。これ
ら各圧力Ｐ１−．Ｐｔ−に相当する信号は、各々、減算
器Ａ１、Ａ、から出力される。

くトーンホールＴＨが閉状態の場合〉 この場合、トーンホールＴＨの直径φ３が０になった状
態と等価であると考えられる。従って、上記式（３）お
よび（４）において、φ、−〇を代入して得られる下記
係数ａ＋ｏｎ、ａｚｏｎが、係数ａ　ｌ　＋　ａ　ｔと
して加算器Ａ　、、Ａ　、に与えられる。

ａ、Ｑｌｌ＝　２φ１！／（φ１′＋φ２）　・・・・
・・（７）ａｅｏｎ＝　２φ２′／（φ１！＋φ、り・
・・・・・（８）そして、下記式（９）に従う共鳴管ｌ
内の点コの空気圧Ｐｊに相当する信号が加算器Ａｊから
得られる。

Ｐ　ｊ−ａ＋ｏｎ　Ｐ　１＋　＋　　ａ、ｏｎ　Ｐ　ｔ
”　”””（９）そして、圧力Ｐ、−，Ｐｔ−に相当す
る信号が、各々、減算器Ａ３、Ａ、から出力される。

このようにして、トーンホールＴＨの開閉操作に対応し
た共鳴管１内の空気圧力波の散乱状態の変化がシミュレ
ートされる。

この楽音合成装置の例では、吹奏圧ＰＡに応じたバイア
ス値ＶＡが減算器Ｉ３を介して非線形素子！■に与えら
れる。非線形索子１１の出力信号は、双方向伝送手段Ｂ
　Ｄ　、、Ｂ　Ｄ　、、・・・およびこれらに介挿され
たジャンクションＪ　Ｕ　＋　、・・・を経て終端回路
ＴＲＭに送られる。ここで、ジャンクションＪＵ、、・
・・では、上述したように対応するトーンホールＴ）Ｉ
の開閉操作に対応して係数ａ　ｌ　＋　ａ　＊が切り換
えられ、これにより、当該ジャンクションＪＵ１におけ
る散乱状態が切り換えられる。終端回路ＴＲＭに送られ
た進行波信号は、ローパスフィルタＭＬおよび反転回路
ｔＶによって処理され、反射波信号として、双方向伝送
回路ＢＤｎ、・・・、ＢＤ、。

ＢＤ、（ただし、ＢＤｎは図示してない終端回路ＴＲＭ
に最寄りの双方向伝送回路を示す）およびこれらに介装
されたジャンクションＪＵ、、・・・を経て、さらに減
算器１３を介して非線形素子１１に帰還される。このよ
うにして、非線形素子ＩＩおよび共振回路１２が共振状
態となる。この時の共振周波数は、トーンホールＴＨの
開閉に対応した各ジャンクションＪＵ、、・・・におけ
る係数ａ　＋　＋　ａ　ｔの切換により切り換えられる
。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、実際の管楽器の吹奏では、吹奏者の指によっ
てトーンホールの開閉操作が行われ、この場合、トーン
ホールは徐々に開かれ、また、徐々に閉じられる。しか
しながら、上述した従来の楽音合成装置は、ジャンクシ
ョンの動作をトーンホールＴＨが全開の場合および全開
の場合の２通りにしか切り換えていなかったので、実際
の管楽器吹奏における運指を考慮した楽音の変化を再現
することができないという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、トー
ンホールを指で徐々に閉じたり徐々？と開いた場合の楽
音の変化を再現することができる楽音合成装置を提供す
ることを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、音孔を有する空間をシミュレートした楽音
合成装置であって、 各々が入力信号に対して所定の遅延時間を施して出力す
る第１および第２の信号処理手段と、上記第１および第
２の信号処理手段の出力信号を入力として、両入力に対
し所定の演算処理を施して上記第１および第２の信号処
理手段に出力する信号散乱用ジャンクションと、 上記音孔の開閉操作に従い、徐々に開状態から閉状態に
、または、閉状態から開状態に変化する音孔情報を発生
する音孔情報発生手段とを備え、上記音孔情報発生手段
から発生される音孔情報に従い、上記信号散乱用ジャン
クションにおける演算処理に用いる係数を変化させるよ
うにしたことを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、音孔の開閉操作に従い、徐々に変化
する音孔情報が発生され、この情報に従って信号散乱用
ジャンクションにおける演算用の係数が変化される。従
って、音孔情報に応じて信号散乱用ジャンクションから
の出力信号が変化し、この楽音合成装置で発生される楽
音信号が変化する。

「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の構成
を示すブロック図である。なお、この図において、前述
した第７図と対応する部分には同一の符号が付しである
。同図において、２１は楽器本体に装備された各種操作
子（図示せず）の操作を検知し、それに従って楽音制御
情報（トーンホールの開閉信号、吹奏の強弱の程度、ノ
ートオン、ノートオフ等）を発生する楽音制御情報発生
回路である。２２は励振回路であり、例えば、前述した
第７図における非線形素子１１および減算器１３によっ
て構成される。ここで、励振回路２２には、楽音制御情
報発生回路２１から供給される吹奏の強弱を示す情報に
従った値ＶＡが供給される。

ＪＡ　　はトーンホール１個分に相当するジャンクショ
ン、２３はトンホール開閉信号に従ってノヤンクンヨン
ＪＡ、における信号演算処理用の係数を制御するトーン
ホール制御回路である。ここで、トーンホール制御回路
２３には第４図に示す係数演算回路か内蔵されている。

第４図において、〜Ｉ、　Ｍ　＋　２　、　Ｍ　ｌ　３
は乗算器、Ａ　＋＋は加算器、Ｄ　１１は除′ｎ、器を
示す。

なお、第１図では、管楽器のリードから第１個目のトー
ンホールに至るまでの部分と管楽器の終端部に相当する
部分が例示されており、他の部分ついては図示が省略さ
れている。図示されていない双方向伝送回路ＢＤ、から
終端回路ＴＲＭに至るまでの区間には、実際の管楽器の
管の長さに応じて双方向伝送回路ＢＤ３．・・・、ＢＤ
ｎ（ＢＤｎは終端回路ＴＲＭに最寄りの双方向伝送回路
）が接続されると共に、各双方向伝送回路の間のトーン
ホールの配置に対応した位置にジャンクションＪＡおよ
びトーンホール制御回路２３相当の回路が介挿されてい
る。

第２図はジャンクションＪＡ、の構成を示すブロック図
である。なお、この図において、前述した第７図と対応
する部分には同一の符号が付しである。このジャンクシ
ョンＪＡ、は第３図に示すように管部から盛り上がった
トーンホールをシミュレートしたものである。このよう
なトーンホール構造において、トーンホールが開状態の
場合、管内からトーンホールに向けて流出された空気圧
力波（圧力Ｐ３−）は一部が開口部で反射されて再び管
内に流入する（圧力Ｐ３＋）。従って、管内のトーンホ
ール近傍の点ｊの空気圧Ｐコは、 Ｐ　ｊ”’ａ＋Ｐ　、＋　ａ２Ｐ　、＋　＋ａ３Ｐ　３
”　　−−（１０）となる。前述と同様、Ｐ、＋はリー
ド側から点Ｊに流入する空気圧力波の圧力、Ｐ２＋は終
端部側から点ｊに流入する空気圧力波の圧力である。こ
の場合、各圧力の係数は、 ａ、−２φ、２／（φｌ′士φ、′＋φ、’）・−−（
＋　　＋）ａ、−２φ、′／（φ　ｆｆｉ＋φ、′＋φ
３′）　　・・　（１２）ａ、−２φ３′／（φ、′＋
φ、′＋φ３’）　　・・・−（１３）となる。一方、
トーンホールが閉状態の場合は、ａｌ−２φ１′／（φ
１′＋φ、′）・・・・（１４）ａ１＝２φ２′／（φ
、′＋φ、’）−・・　（＋５）ａ３−０　　　　　　
　　　　・・・・・・（１６）となる。また、点ｊから
リード側に流出する圧力波の圧力Ｐ、−１終端部側に流
出する圧力波の圧力Ｐ、−、トーンポール側に流出する
圧力波の圧力Ｐ３−は、各々、 Ｐ　＋−−Ｐ　ｊＰ　＋＋　・・・・・（１７）Ｐ　２
−−Ｐ、　ｊＰ　２＋　・・・・（１８）Ｐｓ−−Ｐｊ
　　Ｐｓ＋　　・・・・・・（Ｉ　９）となる。

第２図において、遅延回路ＤＴＰおよびＤＴＲはトーン
ホールの筒状の部分における空気圧力波の伝播遅延をシ
ミュレートしたもので、筒状部分の高さＨに応じてその
遅延量が決められている。

また、ＴＬはトーンホールの終端部での反射に伴う音響
損失をシミュレートしたローパスフィルタ、Ｍ４は乗算
器であり、トーンホールの先端部における空気圧力波の
反射をシミュレートしたものである。Ａ３は減算器、Ｍ
３は乗算器であり、これらにより管部からトーンホール
への空気圧力波の流出およびトーンホールから管部への
空気圧力波の流入が制御される。

以下、この楽音合成装置の動作を説明する。楽音制御情
報発生回路２Ｉから吹奏圧を示す情報およびノートオン
信号が発生されると、吹奏圧に対応した値ＶＡが減算器
１３を介して非線形素子１１に供給されると共に非線形
素子１１の出力かイネーブルされて、その出力信号が双
方向伝送回路ＢＤ、、ジャンクションＪＡ、、双方向伝
送回路ＢＤ、、・・・を介して終端回路ＴＲＭに送られ
る。そして、終端回路ＴＲＭからの反射波信号が上述と
逆の経路をたどり加算器１３を介して非線形素子１１に
帰還される。これによって非線形素子１１および共振系
の回路（双方向伝送回路ＢＤ、から終端回路ＴＲＭに至
るまでの回路）が共振状態となり楽音信号が取り出され
る。

この状態において楽音制御情報発生回路２１からトーン
ホール開閉信号が送られると、トーンホール制御回路２
３ではこの信号に従？て制御変数Ｘか変化される。ここ
で、トーンホール開閉信号が「トーンホール開」に変化
した場合は、Ｘは時間経過と共に０からφ３！（φ３は
トーンホールの直径）まで徐々に変化する。この変化は
トーンホールを押さえていた指を離す時の、トーンホー
ルにおける実効的な開口部面積の変化に対応する。また
、トーンホール開閉信号が「トーンホール閉」に変化し
た場合は、Ｘは時間経過と共にφ、′から０に徐々に変
化する。そして、この制御変数Ｘは第４図の係数演算回
路に入力され、同回路によって下記式（２０）〜（２２
）の係数演算か行われる。

ａ、（ｘ）−２φ１′／（φｄ＋φ！”＋　Ｘ）　　−
−（２０）ａｚ（ｘ）＝　２φ２２／（φ２＋φ、’＋
Ｘ）　　−−（２１）ａ３（ｘ）　−２ｘ　／　（φ１
１＋φｔ”＋　ｘ）　　　−−（２２）そして、演算に
よって得られた係数ａ、（ｘ）、ａ、（ｘ）ａ３（ｘ）
が乗算器Ｍ、、Ｍ、、Ｍ３に与えられ、加算器Ａｊへ入
力される各信号のレベルが制御される。このようにして
、トーンホールを徐々に開く場合および徐々に閉じる場
合におけるトーンホール近傍の空気圧力波の散乱状態の
変化に対応した信号処理制御が行われる。

一方、これと同時に、トーンホール制御回路２３では、
乗算器Ｍ４用の係数ｒ（Ｘ）が演算される。

なお、この演算を行う回路については図示を省略した。

ここで、係数ｒは、Ｘ＝０（）−ンホール閉状＠）の場
合にｆ（０）−１，ｘ−φ３′（トーンホール開状態）
の時にｒ（φ３”）−−１，Ｘが０〜φ、′の場合、ｒ
はＸの増加に従って緩やかに減少する。そして、演算に
よって得られた係数ｒは乗算器Ｍ４に与えられる。この
ようにして、トーンホールか徐々に開く場合および徐々
に閉じる場合におけるトーンホール先端部の圧力波の反
射特性の変化に対応した信号制御が行われる。そして、
各乗算器における係数ａ、（ｘ）、ａｚ（ｘ）、ａｓ（
ｘ）、ｆ（ｘ）が変化することにより、この楽音合成装
置（こおける共振波形が変化し、トーンホールを徐々に
開いた場合あるいは徐々に閉じた場合に相当する楽音信
号の変化が再現される。

以上、第３図に示すようにトーンホールが管部から盛り
上がっている場合を例に説明したが、前述の第６図のよ
うに管部にただ穴を空けただけ（すなわち、高さＨ−０
）のトーンホールの場合について説明する。この場合、
ジャンクションは第７図の構成のものを用い、トーンホ
ール制御回路２３の係数演算器としては第５図に示すも
のを用いる。第５図において、Ｍ　１１　、　Ｍ　２２
は乗算器、ＡＨは加算器、Ｄｆｆｉｌは除算器を示す。

この係数演算回路にトーンホールの開き具合を示す制御
変数Ｘを入力することにより、上記式（２０）、（２＋
　）の演算が実行され、係数ａ１（ｘ）、ａ、（ｘ）が
得られる。そして、上記係数ａ、（ｘ）、ａ−（ｘ）が
ａｌ、ａｔとして乗算器Ｍ、、Ｍ、に与えられる。この
ようにすることで、上述の第３図のトーンホール構造の
場合と同様、第６図のトーンホール構造において、トー
ンホールを徐々に開いた場合および徐々に閉じた場合の
楽音の変化が再現される。

以−Ｆ、本発明を、管楽器をシミュレートした楽音を合
成する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば、残響装置で、音場に穴を設け、そ
の穴を開閉させたときに生じる残響効果の変化をシミュ
レートする場合にも利用することができる。さらに、弦
楽器の弦を何か（例えば、指など）で軽く触れたときの
弦の振動のノミュレーノヨンにも応用することができる
。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、音孔の開閉操
作に対応して音孔情報を徐々に開状態から閉状態に、ま
たは、閉状態から開状態に変化させるようにしたので、
実際の管楽器の吹奏時にお（する音孔の状態の変化に即
した楽音の変化を得ることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の構成
を示すブロック図、第２図は同実施例におけるジャンク
ションＪ　Ａ　＋の構成を示すブロック図、第３図は同
実施例におけろトーンホールの構造を示す図、第４図は
同実施例におけるトーンホール制御回路２３に内蔵され
る係数演算回路の構成を示すブロック図、第５図は係数
演算回路の別の例を示す図、第６図は管楽器の概略構成
を説明する図、第７図は従来の楽音合成装置の構成を示
すブロック図である。 ＋＋・・・・・・非線形素子、Ｂ　Ｄ　Ｉ、Ｂ　Ｄ　ｔ
、〜・・・・・・双方向伝送回路、ＪＡ、・・・・・ジ
ャンクション、２３・・・・・・トーンホール制御回路
、２１・・・・・・楽音制御情報発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 音孔を有する空間をシミュレートした楽音合成装置であ
   って、 各々が入力信号に対して所定の遅延時間を施して出力す
   る第１および第２の信号処理手段と、上記第１および第
   ２の信号処理手段の出力信号を入力として、両入力に対
   し所定の演算処理を施して上記第１および第２の信号処
   理手段に出力する信号散乱用ジャンクションと、 上記音孔の開閉操作に従い、徐々に開状態から閉状態に
   、または、閉状態から開状態に変化する音孔情報を発生
   する音孔情報発生手段と を備え、上記音孔情報発生手段から発生される音孔情報
   に従い、上記信号散乱用ジャンクションにおける演算処
   理に用いる係数を変化させるようにしたことを特徴とす
   る楽音合成装置。