JPH03168799A - 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、撥弦楽器、打弦楽器等の楽音合或に用いて
好適な楽音合成装置に関する。

「従来の技術」 従来より、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、自然楽器の楽音を合成する装置が知られ
ている。弦楽器音等の楽音合成装置としては、弦の残響
損失をシミュレートしたローパスフィルタと、弦におけ
る振動の伝播遅延をシミュレートした遅延回路とを閉ル
ープ接続した構成のものが知られている。このような構
成において、閉ループ回路に例えばインパルス等の励起
信号を導入すると、この励起信号が閉ループ内を循環す
る。この場合、励起信号は、弦の振動周期に等しい時間
で閉ループ内を一巡するとともに、ローパスフィルタを
通過する際に帯域が制限される。そして、この閉ループ
を循環する信号が弦楽器の楽音信号として取り出される
。

このような楽音合成装置によれば、遅延回路の遅延時間
およびローバスフィルタの特性を調整することにより、
ギター等の撥弦楽器音、ピアノ等の打楽器音など、自然
の弦楽器音にある程度近い楽音が合成できる。また、バ
イオリン等の擦弦楽器音の楽音合成は、上述した閉ルー
プ回路に対し、弓によって弦を励起させる振動を演算す
る励起回路を接続することにより実現される。なお、こ
の種の技術は、例えば特開昭６３−４０１９９号公報あ
るいは特公昭５８−５８６７９号公報に開示されている
。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来の楽音合成装置では、遅延回路
やローバスフィルタを含む閉ループ回路は、１本の弦を
表しているにすぎない。すなわち、従来の楽音合成装置
は、１本の弦を打弦（または、ビッキング）することを
想定したモデルであり、これでは、例えばアコースティ
ックピアノ（３本の弦を打弦する）に見られる微妙なミ
スチューニングによるデチューン効果やウナコルダペダ
ルによる効果（３本の弦のうち２本のみを打弦する）な
どが得られない。したがって、１本の弦の打弦のみをシ
ミュレートする従来の楽音発生装置では、自然楽器が発
生する楽音を忠実に再現できないという問題を生じる。

この発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、
デチューン効果やウナコルダペダルによる効果を付加し
、自然楽器が発生する楽音を忠実に再現できる楽音合成
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」 上述した問題を解決するために、この発明では、複数の
発音体と、該複数の発音体の一部を同時に励起し、該複
数の発音体を往復伝播する振動を発生せしめる発音操作
子とからなる自然楽器の楽音を合成する楽音合成装置に
おいて、遅延素子を複数段ループ状に縦続接続してなり
、該ループを信号が一巡するのに要する遅延時間を、振
動が前記発音体を往復伝播する周期に等しくした複数の
閉ループ回路と、前記発音操作子の操作情報に従って、
前記複数の発音体に与える励起振動に相当する励起信号
を演算し、該励起信号を前記複数の閉ループ回路に同時
に供給する励起手段とを具備することを特徴とする。

「作用」 発音操作子の操作に応じた励起信号が励起手段によって
発生される。そして、この励起信号が複数の閉ループ回
路に同時に供給され、該閉ルーブ回路で循環が行われる
。このようにして、複数の閉ループ回路に励起信号を供
給して、自然楽器の発音メカニズムを忠実にシミュレー
トする。

「実施例」 次に図面を参照してこの発明の実施例について説明する
。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。この楽音合成装置では、ピアノ等の打弦楽器によ
る楽音が合成される。この図において、１および２は、
閉ループ回路であり、各々、遅延回路３ａ．３ｂ，加算
器４ａ．４ｂ，フィルタ５ａ，５ｂ．位相反転回路６ａ
，６ｂ、遅延回路７ａ，７ｂ，加算器８ａ，８ｂ，フィ
ルタ９ａ，９ｂおよび位相反転回路１　０　ａ，１　０
　ｂから構成されている。この閉ループ回路１．２は、
各々、ピアノの弦の振動をシミュレートするものであり
、１つの閉ループ回路が１本の弦に相当する。

ここで、上記各構成要素の詳細について、第２図に示す
ピアノの励起振動のメカニズムに対応させて説明する。

まず、第２図において、Ｓは、それぞれピアノの弦、Ｈ
Ｍはハンマを示す。弦ＳおよびハンマＨＭは、１つの鍵
に対応している。また、上記弦Ｓは、その両端を固定端
ＴＩおよびＴ，によって固定されている。このようなピ
アノにおいて、鍵盤が押鍵されると、その鍵に対応する
弦ＳがハンマＨＭによって打弦される。打弦によって生
じた振動は、振動波Ｗａおよびｗｂとなって弦Ｓを伝播
する。第１図に示す閉ループ回路ｌは、上記弦Ｓをシミ
ュレートしている。また、遅延回路３ａおよび７ａには
、振動波Ｗａが固定端Ｔ，で反射されて打弦位置まで戻
ってくる時間、あるいは振動波ｗｂが固定端Ｔ，で反射
されて打弦位置まで戻ってくる時間が遅延時間として設
定される。

また、反転回路６ａおよび１０ａは、各々、第２図にお
ける固定端Ｔ．およびＴ，に対応しており、これらによ
って振動波Ｗａおよびｗｂが各固定端Ｔ，Ｔｔで位相反
転する現象がシミュレートされる。

このようにすることで、励起振動に対応する信号が閉ル
ープ回路ｌを一巡する時間と、弦Ｓの定在波Ｗｓの振動
周期とが等しくなる。また、閉ループ回路１を伝播する
信号は、弦Ｓの長さに対応した音高の楽音信号として、
増幅器１１ａによって増幅されて取り出される。また、
フィルタ３ａおよび７ａは、弦Ｓにおける振動の減衰の
周波数特性をシミュレートするためのものである。すな
わち、このフィルタ７ａ，７ｂを設けることにより、弦
Ｓに発生する振動においては、その周波数成分における
高次の高調波成分程、急速に減衰するという現象が忠実
にシミュレートされる。

また、閉ループ回路２は、上述した弦Ｓに隣接する閉ル
ープ回路ｌと同様の１本の弦をシミュレートする。

また、第ｌ図には、デジタル回路で実現される場合の楽
音合成装置の構成を例示している。例えば遅延回路３ａ
および７ａは、各々シフトレジス夕によって構成され、
これらのシフトレジスタの各段は伝送するデジタル信号
のビット数に対応したフリップフロツプで構成されてい
る。そして、各段のフリップフロツブには所定周期毎に
サンプルクロックが供給される。また、遅延回路３ａお
よび７ａに付したｎ，ｍはレジスタの段数を示している
。他の構成要素も遅延回路３ａおよび７ａと同様、デジ
タル回路によって実現されていろ。

次に、第１図に示す楽音合成装置の説明に戻ると、遅延
回路３ａおよび７ａの出力信号（励起信号）は、励起回
路２５へ供給される。励起回路２５は、乗算器ｌ３、積
分器ｌ６、減算器１７、ＲＯＭ１８、乗算器１９、積分
器２０、積分器２ｌから構成されている。上記両励起信
号は、加算器１２によって加算され、弦Ｓの振動速度に
相当する速度信号Ｖｓ．が出力される。この速度信号Ｖ
ｓ，に乗算器ｌ３によって係数ａｄｍが乗算される。な
お、この係数ａｄｓ＋については後述する。

次に、乗算器ｌ３の出力信号は、加算器ｌ４に供給され
る。この加算器ｌ４には、ハンマＨ　Ｍに働く反撥力に
相当する信号Ｆが乗算器２２、１サンプル周期遅延回路
２３を介して供給される。上記乗算器１３の出力信号と
信号Ｆとは、加算器ｌ４および１サンプル周期遅延回路
ｌ５によって構成される積分回路ｌ６によって積分され
る。この積分結果は、第２図に示す弦Ｓの基準線ＲＥＦ
からの変位Ｘに相当する弦変位信号Ｘであり、この弦変
位信号Ｘは、減算器ｌ７の一方の入力端に供給される。

減算器１７の他方の入力端には、後述する積分器２１が
出力する第２図に示すハンマＨＭの変位Ｙに相当するハ
ンマ変位信号ｙが供給される。この減算器ｌ７は、ハン
マＨＭの変位Ｙと弦の変位Ｘの差分値（相対変位ｙ−ｘ
）に相当する差分信号Ｚ（ハンマ変位信号ｙ一弦変位信
号Ｘ）を算出してＲ　Ｏ　Ｍ　１　８へ出力する。ここ
で、弦ＳにハンマＨＭが食い込んでいる場合には、差分
信号２は正となり、弦ＳとハンマＨＭとの間には、相対
変位ｙ−ｘ　＜食い込み量）に応じた反撥力Ｆが働く。

一方、弦ＳにハンマＨＭが軽く触れているだけの場合、
あるいは弦ＳからハンマＨ　Ｍが離れている場合には、
差分信号ＺはＯまたは負であり、したがって、反撥力Ｆ
は０となる。

上述したＲＯＭ１Ｂには、弦ＳおよびハンマＨＭの相対
変位Ｙ−Ｘと、弦ＳとハンマＨＭとの間に働く反撥力Ｆ
との関係を示す非線形関敗Ｂのテーブルが記憶されてい
る。第３図はハンマＨＭがフェルト等の柔らかい材料で
作られている場合における非線形関数Ｂを例示したもの
である。同図に示すように、相対変位Ｙ−ＸがＯまたは
負の場合、すなわち、ハンマＨＭが弦Ｓを叩いていない
状態では、上述したように反撥力Ｆは０であり、ハンマ
ＨＭが弦Ｓを叩く場合には、相対変位Ｙ−Ｘが大きくな
るのに従い反撥力Ｆは緩やかに大きくなる。なお、ハン
マＨＭが硬い材質の場合は、相対変位Ｙ−Ｘの変化に対
し反撥力Ｆが急峻に立ち上がるように非線形関数Ｂを設
定する。

このようにして、ＲＯＭ１８は、任意の時点における相
対変位Ｙ−Ｘに応じた反撥力Ｆに相当する信号Ｆを乗算
器ｌ９および係数乗算器を介して加算器４　ａ．４　ｂ
，８　ａ，８　ｂへ出力する。乗算器ｌ９は、上記信号
Ｆに乗算係数−１／Ｍを乗算する。ここで、Ｍはハンマ
ＨＭの慣性質量に相当する係数であり、乗算器ｌ９は、
ハンマＨＭの加速度に相当する加速度信号αを積分器２
０へ出力する。積分器２０は、上記加速度信号αを積分
し、ハンマＨＭの速度変化分に相当する信号βとして積
分器２ｌへ出力する。積分器２ｌは、ハンマＨＭの初速
度に相当する初速度信号Ｖ。と上記信号βとを加算した
結果を積分し、ハンマＨＭの変位Ｙに相当する変位信号
ｙとして前述した減算器へ供給する。

一方、加算器４　ａ，４　ｂ，８　ａ，８　ｂに供給さ
れた信号Ｆは、閉ループ回路１および２を循環する励起
振動Ｗｓに相当する信号に加算される。本来ならば、反
撥力に相当する信号Ｆに、弦Ｓの速度変化に対する抵抗
に相当する係数を乗じることによって、弦Ｓの速度変化
分を算出し、この速度変化分を閉ループ回路ｌおよび２
に入力するところであるが、本実施例では、前述した乗
算係数ａｄｓに上記抵抗に相当する係数を含ませること
によって、同等のシュミレーション効果を得ている。

次に、上述した構成における実施例の動作について説明
する。

まず、楽音の発生に先立ち、初期設定として遅延回路３
　ａ，３　ｂ，７　ａおよび７ｂに遅延時間が設定され
る。また、積分器１６，２０．２１における１サンプル
周期遅延回路はすべて０にリセットされる。そして、図
示してない楽音発生制御回路から初速度信号Ｖ。が出力
されると、この初速度信号Ｖ。は積分器２１によって積
分される。積分器２ｌが出力するハンマ変位信号ｙは、
時間経過と共に負から正に向って変化する。この期間中
、差分信号Ｚは、負の値となる。このため、信号Ｆは、
この期間中、第３図に示すようにＯとなるため、積分器
２０が出力する信号βもＯとなる。したがって、積分１
２１では、初速度信号ｖ０のみが積分され、ハンマ変位
信号ｙは負から正に向かって変化していく（ハンマＨＭ
が静止した弦Ｓの方に向かって移動することに相当する
）。

そして、差分信号２が０を越えて正の値になると（ハン
マＨＭが弦Ｓに衝突したことに相当する）ＲＯＭＩ８か
ら差分信号２に応じた大きさの反撥力に棺当する信号Ｆ
が出力される。この信号Ｆは、乗算器ｌ９、閉ループ回
路ｌおよび閉ループ回路２に供給される。

一方の乗算器Ｉ９においては、この信号Ｆに係数−１／
Ｍが乗じられて、加速度信号α（負の値）が算出される
。さらに、この加速度信号αは、積分器２０によって積
分され、速度変化分に相当する信号βが求められる。こ
こで、信号βは負の値となるので、積分！２１では、初
速度信号Ｖ。から信号βの分だけ減じた演算結果に対し
て積分が行われ、新たなハンマ変位信号ｙを減算器ｌ７
へ出力する。

他方の閉ループ回路ｌでは、上記ハンマ変位信号ｙが当
該ループの信号に加算され、励起信号として一巡する。

また、閉ループ回路２でも、閉ループ回路ｌと同様に励
起信号が一巡する。次に、閉ループ回路１を一巡し、遅
延回路３ａ，７ａから出力される各励起信号は、励起回
路２５ヘフィ一ドバックされる。そして、励起回路２５
の積分器ｌ５は、新たな弦変位信号Ｘを減算器ｌ７へ供
給する。また、この閉ループ回路１および２を循環する
励起信号は、各々、乗算器１１ａ，ｌｌｂを介して楽音
信号として出力される。

そして、励起回路２５の減算器ｌ７は、上述した新たな
ハンマ変位信号ｙから新たな弦変位信号Ｘを減算し、差
分信号２を算出する。そして、ＲＯＭ１８は、上記差分
信号２に応じて新たな信号Ｆを出力する。

以上の動作は、信号βが初速度信号Ｖ。を越えるまで行
われる。そして、この期間中の加速度信号αおよび信号
βは、差分信号２が増加するために負の方向に大きくな
る。したがって、ハンマ変位信号ｙの増加の度合いは、
徐々に鈍くなり減少していく。

そして、信号βの大きさが初速度信号ｖ０を越えると（
ハンマＨＭの速度の方向が弦Ｓから離れる方向に逆転す
ることに相当する）、ハンマ変位信号ｙは負の方向に変
化する。ハンマ変位信号Ｙが負の方向に変化すると、差
分信号２が徐々に小さくなり、その結果、信号Ｆも徐々
に小さくなる（第３図の矢印Ｆ，参照）。したがって、
閉ループ回路１および２を循環する励起信号も次第に減
衰されていく。そして、差分信号２が０より小さくなる
と（ハンマＨＭが弦Ｓから離れ、弦Ｓの弾性特性から解
放された状態に相当する）、上述した打弦動作を終了す
る。

そして、この実施例において、各閉ルーブ回路！および
２のそれぞれの遅延回路における遅延時間を変化させる
ことにより、各閉ルーブ回路ｌ，２が出力する楽音信号
間に唸りを生じさせ、デチューン効果を得ることができ
る。また、各閉ルーブ回路１．２の出力比（乗算器１１
ａ，Ｉｌｂの乗算係数）やフィルタの係数を変えてもよ
い。また、閉ループ回路１．２のうち、いずれか一方の
閉ループ回路に供給される信号Ｆをカットすることによ
って、ウナ・コルダペダルによる効果を得ることができ
る。　さらに、ペダルの踏み具合によって、各弦に対す
る信号Ｆのレベル制御を行ってもよい。

また、第１図に示した楽音合成装置には、様々な変形が
可能である。例えば、第４図は、２本弦のモデルの各々
の閉ループ回路１．２に励起回路２５ａおよび２５ｂを
設けた例である。この例の場合、各励起回路２５ａ，２
５ｂには、各々、ＲＯ　Ｍ　Ｉ　８　ａおよび１８ｂが
設けられており、それぞれの２本の弦の特性の微妙な違
いを表すことができるようになっている。また、ハンマ
ＨＭの変位に相当するハンマ変位信号ｙは、それぞれの
ＲＯＭ１８ａ，１８ｂが出力する信号ＰａおよびＦｂを
加算器２４によって加算し、さらに乗算器ｌ９において
、係数−１／Ｍ／Ｎ（Ｎは弦の数）を乗算することによ
って、各弦に対する平均値として求められる。

なお、第１図および第４図に示す実施例では、２つの閉
ループ回路ｌおよび２を用いているが、閉ループ回路を
増やすことにより、さらに複数の弦の励起振動をシミュ
レートしてもよい。

また、上述した実施例では、楽音合成装置をデジタル回
路で実現する場合について説明したが、アナログ回路に
よって実現することも勿論可能であり、デジタル回路で
実現した場合と同様の効果が得られる。

また、上述した遅延回路を含む閉ループ回路としては、
前述の特開昭６３−４０１９９号公報に開示されている
ウェーブガイドを利用してもよい。

「発明の効果」 以上、説明したようにこの発明によれば、複数の閉ルー
プ回路を具備することにより、複数の弦を対象としたデ
チューン効果やウナ・コルダペダルによる効果を付加し
た楽音が発生でき、自然楽器が発生する楽音を忠実に再
現できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第！図はこの発明の一実施例の構戚を示すブロック図、
第２図はピアノの弦への励起振動の導入メカニズムを説
明する図、第３図は同実施例における非線形関数を例示
した図、第４図は同実施例の変形例の構成を示すブロッ
ク図である。 ！ ．２・・・・・・閉ループ回路、 ２ ５・・・・・・励起回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の発音体と、該複数の発音体の一部を同時に励起し
   、該複数の発音体を往復伝播する振動を発生せしめる発
   音操作子とからなる自然楽器の楽音を合成する楽音合成
   装置において、 遅延素子を複数段ループ状に縦続接続してなり、該ルー
   プを信号が一巡するのに要する遅延時間を、振動が前記
   発音体を往復伝播する周期に等しくした複数の閉ループ
   回路と、 前記発音操作子の操作情報に従って、前記複数の発音体
   に与える励起振動に相当する励起信号を演算し、該励起
   信号を前記複数の閉ループ回路に同時に供給する励起手
   段と、 を具備することを特徴とする楽音合成装置。