JPH03210600A - 楽音制御装置 - 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、管楽器、撥弦楽器、擦弦楽器および打弦楽
器等の楽音を発生する楽音合成に用いて好適な楽音制御
装置に関する。

「従来の技術」 従来より、電子楽器などの楽音合成装置としてＦＭ（周
波数変調）音源を用いたものが知られている。このＦＭ
音源を用いた楽音合成装置は、ＥＧ（エンベロープ・ジ
ェネレータ）などの手段によって振幅が時間的に変化す
るエンベロープを発生し、このエンベロープにより楽音
のスペクトルや振幅、ピッチなどを制御する。

ところで、近年、より自然楽器の楽音に近い楽音を発生
するために、ウエーヴガイド方式など物理モデルに基づ
くような自然楽器の発音メカニズをシミュレートする楽
音合成装置が提案されている。このような楽音合成装置
としては、発音体の音響損失をシミュレートしたローパ
スフィルタと、発音体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、上記閉ループ回路にインパル
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は、楽音信号として取り出さ
れる。

ここで、例えば、ＥＧが出力するエンベロープパターン
を制御変数として上記励起信号を制御する場合について
、第６図（ａ）、（ｂ）に示す波形図を参照して説明す
る。第６図（ａ）は、通常の楽音制御におけるＥＧが出
力するエンベロープパターンである。この図において、
縦軸はＥＣの出力レベル、横軸は時間を示しており、当
該エンベロープパターンに従って音源が出力する楽音の
音量などが制御される。通常の楽器をシミュレートする
場合の音量制御では、図示のように、例えばＥＧの出力
レベルを、０から始まり、所定時間後に１に至り、また
、ノートの終息時においては、ＩからＯに下がるように
制御してやれば十分である。また、第６図（ｂ）は、例
えば管楽器におけるエンベロープパターンである。管楽
器等をシミュレートする場合には、図示のように、ＥＧ
の出力レベルを、アタック時からある程度上げておいて
、所定時間後にＩに至るようにし、以降は上述した制御
と同様に行うのか望ましい。

なお、この種の技術は、例えば特開昭６３−４０！９９
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、上述した自然楽器の発音メカニズムをシミュ
レートする楽音合成装置では、複数の制御変数を所定の
時間間隔で制御しなければならず、前述した管楽器をシ
ミュレートする場合、第６図（ｂ）に示すエンベロープ
パターンを発生することは非常に困難であるため、所望
の楽音を得ることが難しいという問題があった。

また、この楽音合成装置では、ＥＧから供給されるエン
ベロープパターンに対して第７図に示すヒステリシスを
もって応答する。このため、当該合成系は、上記エンベ
ロープ（この場合、吹奏圧力に相当する）に対して、ま
ず、アタック時には、ヒステリシス・サイクルの下側の
ラインを辿るため、所定の吹奏圧力になるまで音量が上
がらず、一方、レリース時には、上側のラインを辿るた
め、同一吹奏圧力ではレリース時の方が音量が大きくな
る。このため、ＥＧから供給されるエンベロープパター
ンと実際に発音される楽音との間には、かなり隔たりが
あり、自然楽器をシミュレートしたヒステリシスをもつ
楽音合成装置においてリニアに音量などを制御すること
は困難であった。

また、上述したヒステリシスを有するため、ＥＧのアタ
ックレートをある程度遅くするとキーオンに対して発音
が遅れるという問題を生じる。さらに、小音量で発音す
るためにＥＧの立ち上げレベルを低くくすると、出力が
小さすぎて発音ができなくなる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、
難しい制御変数の制御を必要とせず、かつ、単純なエン
ベロープの発生だけで、より自然楽器の楽音に近い楽音
を合成するよう制御できる楽音制御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、この発明では楽音制御
信号に対してその出力楽音信号がヒステリシスをもって
応答する楽音合成装置において、前記ヒステリシスを相
殺する特性で前記楽音制御信号を変換し、該変換結果を
新たな楽音制御信号として前記楽音合成装置へ出力する
変換手段を具備したことを特徴とする。

「作用」 変換手段は、ヒステリシスを相殺する特性で楽音制御信
号を変換し、該変換結果を新たな楽音制御信号として楽
音合成装置へ出力する。

「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。この図において、ｌはこの発明の楽音制御装置で
あり、加算器２、ＲＯＭ３、遅延手段４、乗算器５．６
および加算器７，８から構成されている。加算器２は、
図示しないＥＧから供給されるエンベロープＥＬと後述
するフィードバック信号ＦＢとを加算し、ＲＯＭ　（リ
ード・オンリ・メモリ）３へ出力する。ＲＯＭ３には、
予め例えば第２図に示す非線形関数がテーブルとして記
憶されている。この例の場合の非線形関数は、０〜１．
０の入力信号に対してθ〜１．０の値をとり、■、０よ
り大きい入力信号に対しても１．０の値をとる。この非
線形関数は、最大傾斜αを持ち、この最大傾斜αは、θ
〜１の値を持つように設定する。このＲＯＭ３の出力信
号ＮＬは、遅延手段４および乗算器５に供給される。遅
延手段４は、出力信号ＮＬを所定の時間遅らせた後、乗
算器６へ出力する。また、この遅延手段４は、図示しな
い操作子におけるキーオンの瞬間、あるいはそれ以前に
Ｏにリセットされるか、もしくはＥＧからの出力を一旦
負の大きな値に振ることによってリセットされる。

次に、乗算器６は、出力信号ＮＬにβ（以下、乗算係数
βという）を乗算し、前述したフィードバック信号ＦＢ
として加算器２へ出力する。次に、乗算器５は、出力信
号ＮＬに−７（以下、乗算係数−γという）を乗算し、
出力信号ＮＬＩとして加算器７へ出力する。加算器７は
、エンベロープＥＬと上記出力信号ＮＬＩとを加算し、
その結果を出力信号ＮＬ２として加算器８へ出力する。

加算器８は、出力信号ＮＬ２にγ（以下、乗算係数γと
いう）を加算し、管楽器の吹奏圧力に相当するエンベロ
ープＰとして出力する。

また、上述した構成において、出力信号ＮＬに乗算係数
βを掛けた結果（α・β）が１より大きくなることによ
り、図示の点Ａにおける入力側から見た伝達関数は、第
３図（ａ）に示すヒステリシスＡのようになる（第７図
と同じ）。また、特に乗算係数βが十分大きければ、エ
ンベロープＥＬをＯから１に立ち上げた後、再びＯに戻
しても、ＲＯＭ３の出力信号ＮＬはほぼｌを維持する。

また、加算器７の出力側の図示の点Ｂにおける入力側か
ら見た伝達関数は、第３図（ｂ）に示すヒステリシスＢ
のようになる。このヒステリシスＢは、ちょうど上記ヒ
ステリシスＡと逆の特性を有しており、まず、アタック
時には、ヒステリシス・サイクルの上側のラインを辿り
、一方、レリース時には、下側のラインを辿るようにな
っている。なお、最大傾斜αおよび乗算係数β、γは、
系の特性と音色作りの上から予め設定されるが、キース
ケーリング（音程に応じて設定値を変化させる）しても
よい。

次に、上述した構成におけるこの実施例の動作について
、第４図（ａ）〜（ｃ）に示す波形図を参照して説明す
る。また、ここで動作例として、エンベロープＥＬ、出
力信号ＮＬ、点Ｂにおける出力信号ＮＬ２および最終出
力の圧力Ｐの各時刻ｔｏ”−ｔｓにおける値を次の表１
に示す。また、この例の場合、乗算係数βを１．０とし
、乗算係数γを０．２とする。

以下、余白とする。

表 まず、例えば、図示しないＥＧにより第３図（ａ）に示
すエンベロープＥＬが加算器２および７に供給される。

まず、時刻ｔ。において、エンベロープＥＬはＯである
ため、第２図に示す非線形関数を記憶したＲＯＭ３の出
力信号ＮＬも０となる。したがって、点Ｂにおける出力
信号ＮＬ２も０となる（第４図（ｂ）の時刻ｔ。参照）
。そして、加算器８では、乗算係数γ（＝０．２）が加
算されるため、当該楽音制御装置１の最終的な出力、す
なわちエンベロープＰは０．２となる（第４図（ｃ）の
時刻ｔ。参照）。

次に、時刻ｔｌにおいて、エンベロープＥＬが０．２５
になると、ＲＯＭ３の出力信号ＮＬは０゜２５となる。

そして、乗算器５において、上記出力信号ＮＬに乗算係
数−γ（＝−０，２）が乗算され、出力信号ＮＬＩは−
０，０５となる。次に、加算器７において、出力信号Ｎ
ＬＩとエンベロープＥＬが加算され、出力信号ＮＬ２は
０．２となる（第４図（ｂ）の時刻１＋参照）。さらに
、加算器８において、乗算係数γが加算されてエンベロ
ープＰは０．４となる。一方、出力信号ＮＬは、乗算器
６において、乗算係数βが乗算されたフィードバックＦ
Ｂ（−０，２５）が加算器２に供給される（第４図（ｃ
）の時刻ｔ、参照）。

次に、時刻ｔ、において、エンベロープＥＬが０．５に
なると、加算器２において、上述したフィードバックＦ
Ｂが加算される。したがって、加算器２の出力は０．７
５となり、ＲＯＭ３の出力信号ＮＬも０．７５となる。

そして、乗算器５において、上記出力信号ＮＬに乗算係
数−γが乗算され、出力信号ＮＬＩは−０，１５となる
。次に、加算器７において、出力信号ＮＬＩとエンベロ
ープＥＬが加算され、出力信号ＮＬ２は０．３５となる
（第４図（ｂ）の時刻ｔ、参照）。さらに、加算器８に
おいて、乗算係数γが加算されて、エンベロープＰは０
．５５となる（第４図（ｂ）の時刻ｔ、参照）。一方、
出力信号ＮＬは、乗算係数βが乗算されて加算器２ヘフ
イードバツクされる。

次に、時刻ｔ３において、エンベロープＥＬが０．７５
になると、加算器２において、上述したフィードバック
ＦＢが加算され、加算器２の出力は１．０となり、ＲＯ
Ｍ３の出力信号ＮＬ、は１．０となる。そして、乗算器
５において、上記出力信号ＮＬに乗算係数−γが乗算さ
れ、出力信号ＮＬ１は−０，２となる。次に、加算器７
において、出力信号ＮＬＩとエンベロープＥＬが加算さ
れ、出力信号ＮＬ２は０．５５となる（第４図（ｂ）の
時刻ｔ、参照）。さらに、加算器８において、乗算係数
γが加算されて、最終的なエンベロープＰは０．７５と
なる（第４図（ｃ）の時刻ｔ、参照）。

一方、出力信号ＮＬは、乗算係数βが乗算されて加算器
２ヘフイードバツクされる。

そして、時刻ｔ４〜ｔ７において、エンベロープＥＬが
１．０になると、加算器２において、上述したフィード
バックＦＢが加算される。したがって、この間の加算器
２の出力は１．０以上となる。

しかし、ＲＯＭ３は第２図に示す非線形関数を有してい
るため、その出力信号ＮＬは１．０を保持する。そして
、乗算器５において、上記出力信号ＮＬに乗算係数−γ
が乗算され、出力信号ＮＬＩは、この時刻ｔ４〜ｔ７の
間、−〇、２となる（第４図（ｂ）参照）。次に、加算
器７において、出力信号ＮＬＩとエンベロープＥＬが加
算され、出力信号ＮＬ２は時刻ｔ４〜ｔ７の間、０．８
となる。

さらに、加算器８において、乗算係数７か加算されて、
エンベロープＰは１．０となる（第４図（Ｃ）の時刻ｔ
４〜ｔ７参照）。一方、出力信号ＮＬには、乗算係数β
が乗算されて加算器２ヘフイードバツクされる。

次に、時刻りにおいて、エンベロープＥＬが０．５にな
・ると、加算器２において、上述したフィードバックＦ
Ｂが加算されて、加算器２の出力は１．５となる。ＲＯ
Ｍ３の出力信号ＮＬは１．０を保持する。そして、乗算
器５において、上記出力信号ＮＬに乗算係数−γが乗算
され、出力信号ＮＬｌは−０，２となる。次に、加算器
７において、出力信号ＮＬＩとエンベロープＥＬが加算
され、出力信号ＮＬ２は０．３となる（第４図（ｂ）の
時刻ｔ、参照）。さらに、加算器８において、乗算係数
７が加算されて、エンベロープＰは０．５となる（第４
図（ｃ）の時刻ｔ８参照）。一方、出力信号ＮＬは、乗
算係数βが乗算されて加算器２ヘフイードバツクされる
。

次に、時刻ｔ、において、エンベロープＥＬが０になる
と、加算器２において、上述したフイードパツクＦＢが
加算されて、加算器２の出力は１゜０となる。ＲＯＭ３
の出力信号ＮＬは１．０を保持する。そして、乗算器５
において、上記出力信号ＮＬに乗算係数−７が乗算され
、出力信号ＬＮ１は−０，２となる（第４図（ｂ）の時
刻ｔ、参照）。

次に、加算器７において、出力信号ＮＬＩとエンベロー
プＥＬが加算され、出力信号ＮＬ２は−０゜２となる。

さらに、加算器８において、乗算係数γが加算されて、
圧力ＰはＯとなる（第４図（ｃ）の時刻ｔｓ参照）。

以上のようにして、この楽音制御装置ｌは、第４図（ａ
）に示、すエンベロープＥＬを所望の出力レベルを有す
る第４図（ｃ）に示すエンベロープＰとして、図示しな
い楽音合成装置（音源）へ出力する。楽音合成装置では
、エンベロープＰに応じて楽音の音量を制御する。

次に、上述した楽音制御装置１の応用例として、第５図
に示すブロック図を参照して説明する。この図において
、図全体は、音源制御装置１をリード楽器などの管楽器
の楽音を合成する楽音合成装置に適用したものである。

この楽音合成装置は、管楽器のマウスピース部の動作を
シミュレートした励振回路１０と、管楽器の共鳴管をシ
ミュレートした遅延回路３０とをジャンクション２０を
介して接続した構成となっている。

まず、励振回路１０は、シングルリード楽器のマウスピ
ース部をシミュレートしたものである。

ここで、自然楽器におけるマウスピース部の説明をする
。まず、吹奏時には、マウスピース部とリード部によっ
て形成される間隙からマウスピース部内に空気流（息）
が吹き込まれ、この結果、マウスピース部内に空気圧の
変化が生じ、この圧力変化が圧力進行波となって共鳴管
終端部に向けて伝播する。そして、共鳴管の各部で反射
された圧力波が反射圧力波となってマウスピース部に戻
ってく　る。

また、吹奏時におけるリード部には、マウスピース部の
内圧と吹奏圧との圧力差に応じた力が作用する。さらに
、このリード部には、上記圧力差の他、エンブンユア（
吹奏者がマウスピース部を口にくわえることによって生
じる圧力に関連した値）が加えられ、これらの圧力を総
合した圧力によってリード部が曲げられ、該リード部と
マウスピース部との間隙が変化する。この場合、リード
部に加えられる総合的な圧力と間隙との関係は、例えば
、２次関数等の非線形関数で近似されており、後述する
ＲＯＭ１５にテーブルとして記憶されている。

また、リード部が変位して間隙が変化すると、この結果
、空気流のマウスピース部内への流入のし易さ、すなわ
ち、空気流に対するアドミッタンスが変化するとともに
、リード部の移動に伴って強制的に空気が移動し空気圧
の変化がもたらされる。このようにして、マウスピース
部内に空気圧の変化がもたらされ、共鳴管内における進
行圧力波と反射圧力波の往復運動が持続され、共鳴管内
が共振状態となって楽音が発生される。

第５図における励振回路１０は、以上説明したマウスピ
ース部におけるリード部の動作を忠実にシミュレートす
るものである。この励振回路Ｉ０には、楽音発生時、吹
奏圧力に相当するエンベロープＰおよびエンブシュアに
相当するエンブシュアＥが供給される。

次に、ジャンクション２０は、管楽器におけるマウスピ
ース部と共鳴管との接続部における空気圧力波の散乱を
シミュレートするものである。このジャンクション２０
では、遅延回路３０からの出力信号と励振回路１０の出
力信号が加算器２Ｉによって加算されて遅延回路３０に
入力され、また、加算器２１の出力信号と共振回路３０
の出力信号が加算器２２によって加算されて、乗算器２
３を介して励振回路１０に入力されるようになっている
。

次に、遅延回路３０は、例えばシフトレジスタ等の遅延
手段によって実現される。この遅延回路３０は、ジャン
クション２０を介して供給された励振回路ＩＯの出力信
号を所定時間遅延した後、ジャンクション２０を介して
励振回路１０に帰還する。この場合、励振回路１０と遅
延回路３０との間を信号が往復するのに要する時間によ
って楽音の１次の共振周波数が決定される。この楽音合
成装置では、図示してない制御装置によって遅延回路３
０の遅延時間が制御され、音高の制御が行われる。

次に、励振回路１０内の減算器１１には、遅延回路３０
からジャンクション２０および乗算器２３を介して共鳴
管からの反射波の空気圧に相当する信号ＰＲと、楽音制
御装置１から吹奏圧力に相当するエンベロープＰが供給
される。この減算器１１は、マウスピース部の内圧と吹
奏圧との圧力差に相当する出力信号ＰＡをフィルタ１２
へ出力する。

フィルタ１２は、高周波成分を除去した後、フィルタ１
３へ出力するとともに、乗算器２４を介して乗算器Ｉ６
へ出力する。乗算器２４は、出力信号ＦＡに一■を乗算
する。

次に、フィルタ１３は、入力信号の低周波成分を抽出す
る機能および入力信号の高周波成分を抽出する機能を有
し、各成分を出力するためのローパス出力およびバイパ
ス出力を有する。この種のローパスフィルタ機能および
バイパスフィルタ機能を共に備えたフィルタとしては、
ＩＩＲフィルタ（非巡回型デジタルフィルタ）が良く知
られている。このフィルタ１３のローパス出力は、出力
信号ＦＢとして加算器１４へ供給される。また、バイパ
ス出力は、乗算器２５を介して加算器２１へ供給される
。乗算器２５は、乗算係数として−σを乗算する。

次に、加算器１４は、上記出力信号ＰＢに対し、前述し
たエンブシュアＥを加算し、実際にリード部に加えられ
る全圧力を求め、出力信号ＰＣとしてＲＯＭｌ５へ出力
する。このＲＯＭｌ５には、前述した非線形関数が予め
テーブルとして記憶されており、上記出力信号ＰＣに応
じて、リード部とマウスピース部との間隙に相当する信
号Ｓを乗算器１６へ出力する。乗算器１６は、出力信号
Ｓと出力信号−ＰＡとを乗算し、マウスピース部の内部
に流入する空気の流速を求め、流速信号ＦＬとして乗算
器１７へ出力する。乗算器１７は、流速信号ＰＬに乗算
係数として一〇を乗算して加算器２１へ出力する。

加算器２１は、フィルタ１３のバイパス出力に乗算定数
−σを乗算した演算結果、流速信号−Ｇ・ＰＬおよび遅
延回路３０の出力信号を加算し、前述したように遅延回
路３０へ出力する。

上述した構成において、まず、エンベロープＥＬが供給
されると、楽音制御装置１は、前述したように所定のエ
ンベロープＰを発生し、減算器１１へ供給する。励振回
路１０は、上記パラメータに応じて励振信号を発生し、
この励振信号は遅延回路３０によって所定時間遅延され
、ジャンクション２０を介して前述の出力信号ＰＲとな
って励振回路ＩＯに帰還される。このようにして音源制
御装置１が出力するエンベロープＰと出力信号ＰＲとが
減算器１１で減算され、かつ、励振回路１゜→ジャンク
ション２０→遅延回路３０→ジャンクション２〇−励振
回路１０という経路で励振信号の循環が行われることに
よって、吹奏楽器が発生する楽音が忠実に合成される。

なお、上述した実施例において、楽音制御装置１が出力
するエンベロープＰによって制御する対象は、音量に限
らず、ピッチなど他の音色情報でもよく、さらに複数の
音色情報を同時に制御してもよい。

また、第３図（ｂ）に示すエンベロープＢは、限らずし
もエンベロープＡを完全に打ち消すように設定する必要
はなく、ヒステリシス特性を音色づくりに積極的に利用
してもよい。

また、上述した実施例では、楽音制御装置１をハードウ
ェアによる回路構成としたが、コンピュータのプログラ
ムによって実現してもよい。

また、同実施例では、管楽器に限らず、擦弦楽器など他
の合成アルゴリズムに用いてもよく、あるいは楽音合成
以外にも機械系のようにヒステリシスが非常に顕著な系
の制御に適用してもよい。

また、同実施例では、ディジタル回路による構成とした
が、アナログ回路によって構成してもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、本来、音源が
持っているヒステリシスを見掛は上打ち消し、かつ、所
望のエンベロープに変換するため、難しい制御変数の制
御を必要とせず、かつ、単純なエンベロープの発生だけ
で、より自然楽器の楽音に近い楽音を発音できる利点が
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の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例のＲＯＭ内に記憶される非線形関数を
示す波形図、第３図（ａ）、（ｂ）は、各々、ヒステリ
シスＡ１ヒステリシスＢの特性曲線図、第４図（ａ　）
、（ｂ　）、（ｃ　）は、各々、同実施例の動作を説明
するための波形図、第５図は同実施例を管楽器の楽音の
発生に適用した際の楽音合成装置の構成を示すブロック
図、第６図（ａ　）、（ｂ　）は、各々、通常の楽音発
生に用いられるエンベロープ、管楽器の楽音発生に用い
られるエンベロープを示す波形図、第７図は従来の楽音
合成装置のヒステリシスを示す特性曲線図である。 １・・・・・・音源制御装置、２・・・・・加算器（変
換手段）３・・・・・・ＲＯＭ　（変換手段）、５・・
・・・・乗算器（変換手段）、６・・・・・・乗算器（
変換手段）、７・・・・・・加算器（変換手段）、８・
・・・・・加算器（変換手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 楽音制御信号に対してその出力楽音信号がヒステリシス
   をもって応答する楽音合成装置において、 前記ヒステリシスを相殺する特性で前記楽音制御信号を
   変換し、該変換結果を新たな楽音制御信号として前記楽
   音合成装置へ出力する変換手段を具備したことを特徴と
   する楽音制御装置。