JPH0348898A - 信号遅延回路および該信号遅延回路を用いた楽音合成装置 - 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、電子楽器に用いて好適な信号遅延回路およ
びその信号遅延回路を用いた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。なお、この種の技
術は、例えば特開昭６３４０１９９号公報に開示されて
いる。 第６図は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を示したものであ
る。同図において、１１は管楽器のリードの応答特性を
表す非線形関数のテーブルが記憶されたＲＯＭ（リード
オンリメモリ）である。 ｌ２は管楽器の管部、すなわち、共鳴管の伝送特性をシ
ミュレートした伝送回路である。この伝送回路１２は、
所定の遅延時間を有する遅延回路が複数段縦続接続され
た構成となっている。また、管の直径が変化した箇所お
よびトーンホール（音孔）等において発生する空気圧力
波の散乱をシミュレートするためのジャンクション（イ
ンピーダンス結合回路）、および空気圧力波の減衰をシ
ミュレートしたフィルタ等が、各々対応する位置に接続
されている。１３は減算器であり、リードに加えられる
吹奏圧に相当する信号と伝送回路１２から帰還される信
号（この信号は共鳴管からの反射圧力波の圧力に相当す
る）とを減算し、ＲＯＭ　１１に出力する。 この構成において、吹奏圧に相当するデータ■Ａが減算
器１３を介しＲＯＭＩＩにアドレスデータとして与えら
れる。そして、ＲＯＭＩＩ→伝送回路１２→減算器１３
→ＲＯＭＩＩによって構成される閉ループにおいて信号
が循環する動作、すなわち、共振動作が発生する。そし
て、この閉ループ内を伝播するデータが楽音信号となっ
て出力される。 このような楽音合成装置によれば、吹奏圧が高まるに従
って発生するリードの振動の歪の楽音への影響、および
管部の空気圧力波の伝送特性等の楽音への影響を忠実に
再現することができ、より自然な楽音合成を行うことが
できる。 弦楽器の楽音を合成する楽音合成装置も、上述と同様に
構成される。この場合、ＲＯＭＩＩには弦の弾性特性を
シミュレートした非線形関数テーブルを記憶し、伝送回
路１２としては弦における振動の伝播特性をシミュレー
トしたものが用いられる。 この楽音合成装置では、伝送回路１２における信号伝播
の遅延時間を切り換えることにより、共振周波数の切換
、すなわち、音高の切換が行われる。そして、遅延時間
の切換は、信号伝播用として使用する遅延回路の段数を
セレクタ等のスイッチ手段により切り換えることによっ
て行われていた。 「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は、１個の遅延
回路の遅延時間をτとした場合、楽音信号の周波数をｆ
＝　１　／　（ｎｒ　）、（ｎ＝　１　、２、−　）に
しか切り換えることができず、柔軟な音高制御ができな
いという問題があった。また、このように不連続な音高
の楽音しか発生することができないため、ピッチベンド
あるいはビブラート奏法等に対応した連続的な音高制御
を行う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、信号
遅延時間を単位遅延時間の整数倍のみならず、単位遅延
時間の実数倍の任意の遅延時間を実現することができる
信号遅延回路を提供すると共に、その信号遅延回路を用
いることにより、柔軟な音高制御を行うことが可能な楽
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」 上記課題を解決するため、第１の発明は、信号伝播の遅
延時間に対応する実数表現の遅延制御情報を発生する遅
延制御手段と、前記遅延制御情報の整数部をＮとした場
合に、入力信号を所定時間のＮ倍の遅延時間だけ遅延さ
せて出力する第１の遅延手段と、各々が入力信号に対し
、前記遅延制御情報の小数部に対応して決められた所定
の係数を乗算し、各乗算結果を所定時間だけ遅延させ、
各遅延出力の加算結果を前記入力信号に対する遅延出力
として出力する第２の遅延手段とを具備することを特徴
としている。 また、第２の発明は、入力信号および帰還信号をもとに
励振信号を出力する励振手段と、前記励振信号を所定時
間遅延した後、上記励振手段に帰還する前記第１の発明
の信号遅延回路とを有し、前記励振手段および信号遅延
回路を共振状態にすることにより楽音信号を発生するよ
うにしたことを特徴としている。 「作用」 上記第１の発明によれば、第１の遅延手段によって遅延
制御情報の整数部相当の遅延時間が得られ、第２の遅延
手段によって遅延制御情報の小数部相当の遅延時間が得
られ、任意の実数に応じた時間だけ信号を遅延させるこ
とができる。上記第２の発明によれば、励振手段から出
力された信号が信号遅延回路を経て励振手段に戻される
までの遅延時間を連続的に制御することができる。 「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

【第１実施例】 第１図はこの発明の第１の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。同図において、ＫＢは鍵
盤ユニット、■は鍵情報発生回路である。鍵情報発生回
路ｌは、鍵盤ユニットＫＩ３における鍵操作を検知し、
この装置の各部に制御情報を送る。すなわち、鍵盤ユニ
ットＫＢにおいて押鍵操作があると、その鍵のキーコー
ドＫＣが鍵情報発生回路ｌによって識別され、当該キー
コードＫＣに対応した段数データＳＴＧが出力されると
共に、キーオン信号ＫＥＹＯＮが出力されるようになっ
ている。また、この楽音合成装置は他６電子楽器等から
ＭＩＤＩ情報を入力することにより、楽音合成を行うこ
とができるようになっている。この場合、入力されたＭ
ＩＤＩ情報に対応し、段数データＳＴＧおよびキーオン
信号ＫＥＹＯＮが出力される。 キーコードＫＣから段数データＳＴＧへの変換は、下記
式（１）に従って行われる。 Ｓ　Ｔ　Ｇ　−（５００００／４４０）ｘ［２の（（４
５−ＫＣ）／１２）乗］・・・・・・（１） 上記式（１）に代入された各数値について説明すると、
数値５ｏｏｏｏはこの楽音合成装置のサンプル周波数ｆ
ｓ＝　１　／τ−５０ｋｌ−１ｚ（τはサンプリング周
期）を意味し、数値４５は基準音であるＡ３音洗キーコ
ード、数値４４０はＡ３音の周波数４４０）（ｚを意味
する。 段数データＳＴＧは、変換器２によって整数部ａおよび
小数部すの分解され、可変遅延回路５に入力される。そ
して、可変遅延回路５の遅延時間は、上記サンプリング
周期τに対し、整数ａと小数すの和に相当する実数を乗
じた時間に設定されるようになっている。なお、この原
理については後述する。 一方、キーオン信号ＫＥＹＯＮは発振器３に発振制御信
号として入力され、これにより、発振器３から、あらゆ
る周波数成分を含んだ例えばインパルス等の波形を上記
サンプリング周波数りでサンプリングした時系列のデジ
タルデータが発生され、順次出力される。加算器４には
、発振器３の出力データが入力されると共に、可変遅延
回路５の出力データがローパスフィルタ６を介して入力
され、これらのデータの加算が行われ、加算結果Ｘが可
変遅延回路５に入力されるようになっている。ここで、
ローパスフィルタ６は、楽器の発音メカニズムにおける
音響損失をシミュレートしたものである。 可変遅延回路５は、段数データの小数部すに対応した゛
遅延を実現する補間回路５Ｉと、段数データの整数部ａ
に対応した遅延を実現する段数可変シフトレジスタ５２
とからなる。 補間回路５１は、ｌサンプルタイム遅延回路Ｄ、乗算器
Ｍ　Ｉ　、Ｍ　２、減算器Ｓｔ、加算器ＡＩからなる。 加算器４の出力データＸは乗算器Ｍ　Ｉ　、Ｍ２に入力
される。ここで、段数データの小数部すが乗算器Ｍ１に
乗算係数として与えられる。また、データ「１」から段
数データの小数部すを差し引いた値が減算器Ｓｌによっ
て演算され、演算結果１ｂが乗算器Ｍ２に乗算係数とし
て与えられる。 そして、乗算器Ｍｌの出力ｂ−ｘは１サンプル遅延回路
りによってサンプリング周期τだけ遅延されて加算器Ａ
Ｉに入力され、乗算器Ｍ２の出力（１ｂ）・Ｘは直接加
算器ＡＩに入力される。すなわち、加算器ＡＩでは、下
記式（２）に示すように、データｂ−ｘと、データＸよ
りも１サンプリング周期以前のデータＸ−ｚ−’に乗算
係数（１−ｂ）を乗じたデータとか加算され、加算結果
Ｗが出力される。 Ｗ−ｂ−Ｘ　＋　（■−ｂ）・Ｘ−２−１・・・・・・
（２）そして、以上の信号処理によって、時間軸上で１
サンプリング周期でだけずれて隣接したデータの直線補
間が行われ、データＸを遅延時間ｂ・τだけ遅延したデ
ータと等価なデータＷが得られる。 段数可変シフトレジスタ５２は、シフトレジスタ５２ａ
およびセレクタ５２ｂからなる。前述した補間回路５Ｉ
の出力データＷは、サンプリング周期τ毎に発生される
サンプルクロックφに同期してシフトレジスタ５２ａに
取り込まれ、順次内部にシフトされる。そして、データ
Ｗおよびシフトレジスタ５２ａ各段の出力データは、セ
レクタ５２ｂに人力される。そして、これら各データの
中から、段数データの整数部ａに対応するデータがセレ
クタ５２ｂによって選択され出力される。すなわち、デ
ータＷは、遅延時間ａτだけ遅延され、セレクタ５２ｂ
からデータＹとして出力される。 この楽音合成装置では、発振器３からデータが出力され
て加算器４に人力されると、そのデータは、加算器４−
可変遅延回路５−ローパスフィルタ６→加算器４により
構成される閉ループを循環し、共振動作が行われる。こ
の場合、共振周波数ｒは、可変遅延回路５の遅延時間に
よって決まり、下記式（３）のようになる。 ｆ＝　１　／　（（ａ＋　ｂ）τ）　・・・・・・（３
）そして、加算器４の出力データが取り出され、このデ
ータに従って楽音が発生される。 さて、段数データの整数部ａｈ＜ＩＯビット構成の場合
、シフトレジスタ５２ａおよび補間回路５１のトータル
の遅延回路段数としては１０２４段まで可能である。本
実施例ではサンプリング周波数ｆｓは５０ｋＨｚであり
、１０２４段すべてを信号遅延用に用いた場合、最小周
波数４８．８Ｈｚの楽音を発生することができる。楽音
周波数のピッチ分解能は、段数データの小数部すを例え
ば５ビツトとすると、遅延回路０．０３１２５段（２−
５段）相当の遅延時間の微調整を補間回路５１によって
実現することができる。従って、周波数調整の分解能は
、Ａ３音（キーコード４５；４４０１（ｚ）付近におい
て０．５セント程度になる。 なお、ピッチベンドあるいはヴイブラート奏法への対応
を行う場合は、鍵情報発生回路１において、上記式（１
）の変換の代わりに下記式（４）の変換を行って段数デ
ータＳＴＧを演算するようにする。 Ｓ　Ｔ　Ｇ　＝　（５００α０７４４Ｇ）ｘ［２の（（
４５−ＫＣ＋ｃ＋ｄ）／１２１乗］・・・・・（４） ここで、Ｃはピッチベンドデータ、ｄはヴイブラートデ
ータである。ピッチベンドデータＣは、鍵盤のキーオン
により所定のカーブで立ち上がり、キーがオフされるま
で一定値を保つようにする。このようにすることで、楽
音の立ち上がり時点において音高を変化させることがで
きる。また、ヴイブラートデータｄは、キーオン後、所
定の周期でその値を変化させる。このようにすることで
、楽音の音高を周期的に変化させることができる。

【第２実施例】 第１図における補間回路５１を第２図に示すＦＩＲフィ
ルタ（非巡回形デジタルフィルタ）４０に置き換え、遅
延出力をラグランジェ係数により演算するようにすると
、さらに精度良く遅延の制御を行うことができる。 第２図に示すように、Ｆ［Ｒフィルタ４０は、乗算器Ｍ
Ｎ、〜ＭＮｎＳ　ｌサンプリング周期τに相当する遅延
時間を有する遅延素子り、〜Ｄｎ、加算器Ａ　Ｎ　ｌ−
Ａ　Ｎ　ｎからなる。乗算器ＭＮ、−ＭＮｎには、第１
図における加算器４の出力データＸが人力される。また
、乗算器Ｍ　Ｎ　、）　−Ｍ　Ｎ　ｎには、ラグランジ
ェ補間係数「。〜ｆｎが、乗算係数として入力される。 そして、乗算器ＭＮ、の出力「。−Ｘは遅延されること
なく直接加算器Ａ　Ｎ　＋に人力され、・・・・・・、
乗算器Ｍ　Ｎ　ｎ　−１の出力［ｎ□・Ｘは遅延時間（
ｎｌ）・τだけ遅延されて加算器ＡＮ、に入力され、乗
算器Ｍ　Ｎ　ｎの出力「ｎ−Ｘは遅延時間ｎ・τだけ遅
延されて加算器Ａ　Ｎ　＋に入力され、この結果加算器
ＡＮ、からは下記式（５）に示すデータＷＲが出力され
る。 Ｗ　Ｒ−ｔ　ｏ・Ｘ＋・・・・ 十ｆｎ−，＊　Ｘ−ｚ　　＋ｆｎ−Ｘ−ｚ”・・・・・
（５） 実現しようとする遅延段数をＲ（実数）とすると、ラグ
ランジェ係数ｆ’ｊ（ｊ＝　ａ−ｎ）は、ｆｊ−“（Ｒ
）　　　　　　・・・・・・（６）（Ｒ−（ａ＋　ｎ）
）π　（Ｒ） ただし、 ｎ　（Ｒ）（Ｒ−ａ）（Ｒ−ａ＋　１ル・・（Ｒ−ａ＋
ｎ）−・・−（７）π　（Ｒ）−１ｄ−π（Ｒ）ｌ　　
　　　、・・・・・・（８）ｄＲＲ＝ａ＋Ｊ となる。ここで、ａは段数データの整数部、すなわち、
ＦＩＲフィルタ４０の後段に接続すべき遅延回路（ただ
し、この遅延回路の１段当たりの遅延時間は遅延素子り
、〜Ｄｎの各遅延時間と同じである）の段数を示す。こ
れらのラグランジェ係数ｆｊ（ｊ＝ｏ〜ｎ）は、実現し
ようとする遅延段数Ｒから上記式（６）〜（８）に従っ
て演算し、各乗算器ＭＮ０〜ＭＮｎに与えるようにして
もよいし、例えば、ＲＯＭに記憶しておき、遅延段数Ｒ
をアドレスとして人力することにより対応するラグラン
ジェ係数ｒ。−ｆｎを読み出して与えるようにしてもよ
い。 このようにして、所望の遅延時間がさらに精度良く実現
され、柔軟な音高制御の可能な楽音合成装置が実現され
葛。

【第３実施例】 第３図はこの発明の第３実施例を説明するものである。 なお、第３図において、前述した第６図と対応する部分
には同一の符号を付し、その説明を省略する。 ２１は装置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を発生する演
奏制御回路である。ここで、楽音制御情報としては、吹
奏圧に相当するデータＶＡ。 発生する楽音の音高を決定する段数データの整数部ａお
よび小数部す等が発生される。２２および２３は、前述
した第１図の可変遅延回路５と同様な構成の遅延回路で
ありデータａおよびｂに対応し遅延時間が制御される。 また、２４は管楽器の終端部の音響損失をシミュレート
したものである。本実施例によれば、前述した第６図の
楽音合成装置より、さらに柔軟な音高制御の可能な楽音
合成装置を実現することができる。なお、小数部す相当
の遅延を実現するのに、前述した第２図のＦＩＲフィル
タ４０を用いてもよい。

【第４実施例】 次に、この発明の第４実施例を説明する。第４図はこの
発明の残響効実装置への応用例を説明するものである。 同図において、７１〜７６は各々第１図の可変遅延回路
５と同様な構成の遅延回路であり、各々、音響空間にお
ける空気圧力波の各伝播経路に対応している。また、７
７および７８は加算器、７９は残響効果の程度を指定す
るリバーブパラメータに応じて遅延回路７１〜７６の遅
延段数を制御するリバーブ制御回路である。 この残響効実装置に楽音信号が入力されると、その楽音
信号は、加算器７７を介し、遅延回路７ｆ、７３．７５
を伝播し、各遅延出力が加算器７８によって加算される
。そして、加算器７８の出力信号は遅延回路７２，７４
．７６に入力され、これらの遅延回路によって遅延され
て加算器７７に帰還される。このようにして、入力楽音
信号が循環され、この循環に伴って残響効果が付与され
る。 そして、加算器７８の出力信号が残響効果音として取り
出される。本実施例の場合、ｆ！ｒ遅延回路７１〜７６
として、第１図の可変遅延回路５と同様な構成のものを
用いたので、残響効果の程度をより柔軟に変化させるこ
とができる。また、本実施例において、遅延回路７１〜
７６の遅延段数を時間経過に伴って連続的に変化させろ
ことにより、残響効果を時間的に変化させることができ
る。

【第５実施例】 次に第５図を参照し、この発明の第５実施例を説明する
。第５図はデイレイ音発生装置に本発明の信号遅延回路
を適用した応用例を示したものである。この装置は、電
子楽器と共に用いられ、電子楽器から出力される楽音信
号にデイレイ音を付与して出力する。すなわち、この装
置では、電子楽器からの入力楽音信号と、この信号を遅
延回路８Ｉによって遅延して得られるデイレイ音の楽音
信号とが、加算器８２によって加算されて出力される。 ここで、遅延回路８１は前述した第１図の可変遅延回路
５と同様な構成を有する。なお、遅延回路８１として、
第２図のＦＩＲフィルタ４０．あるいは、これと段数切
換の可能なシフトレジスタを組み合わせたものを用いて
もよい。また、遅延回路８１の遅延時間、すなわち、デ
イレイ音の遅延時間は、演奏する楽曲のテンポに応じて
設定してもよく、本実施例の場合、電子楽器に設定され
たオートリズムのテンポに応じ、制御回路８３が遅延回
路８１の遅延時間を制御するようにしている。本実施例
によれば、遅延回路８１の遅延時間を所定時間の任意の
実数倍に設定することができるので、楽曲のテンポの変
化に柔軟に対応し、デイレイ音の発生タイミングを調整
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、信号伝播の遅
延時間に対応する実数表現の遅延制御情報を発生する遅
延制御手段と、前記遅延制御情報の整数部をＮとした場
合に、入力信号を所定時間のＮ倍の遅延時間だけ遅延さ
せて出力する第１の遅延手段と、各々が入力信号に対し
、前記遅延制御情報の小数部に対応して決められた所定
の係数を乗算し、各乗算結果を所定時間だけ遅延させ、
各遅延出力の加算結果を前記入力信号に対する遅延出力
として出力する第２の遅延手段とを設けたので、所定時
間の任意の実数倍の遅延時間を設定することか可能な信
号遅延回路を実現することができる。また、その信号遅
延回路を楽音合成装置に用いれば、柔軟な音高制御を行
うことができ、さらにヴイブラート奏法等の高度な演奏
技術に対応した音高制御を行う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図はこの発明の第１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図はこの発明の第２の実施例
による信号遅延回路の構成を示すブロック図、第３図は
この発明の第３実施例による楽音合成装置の構成を示す
ブロック図、第４図はこの発明の第４実施例による残響
効果装置の構成を示すブロック図、第５図はこの発明の
第５実施例によるデイレイ音発生装置の構成を示すブロ
ック図、第６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。 ｌ・・・・・鍵情報発生回路、２・・・・・・変換器、
５・・・・・・可変遅延回路、５１・・・・・補間回路
、５２・・・・・・段数可変シフトレジスタ、４・・・
・・加算器、４０・・・・・・ＰＩＲフィルタ、１１・
・・・・・ＲＯＭ（非線形関数テーブル）、１３・・・
・・減算器、２２．２３．７１〜７６および８１・・・
・・・遅延回路、７７および７８・・・・・・加算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）信号伝播の遅延時間に対応する実数表現の遅延制
   御情報を発生する遅延制御手段と、 前記遅延制御情報の整数部をＮとした場合に、入力信号
   を所定時間のＮ倍の遅延時間だけ遅延させて出力する第
   １の遅延手段と、 各々が入力信号に対し、前記遅延制御情報の小数部に対
   応して決められた所定の係数を乗算し、各乗算結果を所
   定時間だけ遅延させ、各遅延出力の加算結果を前記入力
   信号に対する遅延出力として出力する第２の遅延手段と を具備することを特徴とする信号遅延回路。
2. （２）入力信号および帰還信号をもとに励振信号を出力
   する励振手段と、 前記励振信号を所定時間遅延した後、上記励振手段に帰
   還する請求項第１記載の信号遅延回路とを有し、前記励
   振手段および信号遅延回路を共振状態にすることにより
   楽音信号を発生するようにしたことを特徴とする楽音合
   成装置。